JP2012219755A - サーモスタットの故障診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーモスタットの故障をより早期かつ好適に診断することのできるサーモスタットの故障診断装置を提供する。
【解決手段】水冷式エンジンの燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率が既定の故障判定値未満であるか否かを判定し（Ｓ１０３）、温度低下率が故障判定値未満であれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、サーモスタットに開弁故障が生じていると判定し（Ｓ１０５）、温度低下率が故障判定値以上であれば（Ｓ１０３：ＮＯ）、サーモスタットが正常に動作していると判定する（Ｓ１０４）ようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、水冷式エンジンの内部を通ってエンジン冷却水を循環させる冷却水回路を、開弁に応じてラジエーターに接続するサーモスタットの故障を診断するサーモスタットの故障診断装置に関する。

車載等の水冷式エンジンの冷却系には、サーモスタットが設けられている。サーモスタットは、エンジン冷却水の温度が既定の開弁温度まで上昇すると開弁して、エンジンの内部を通ってエンジン冷却水を循環させる冷却水回路をラジエーターに接続する。

そして従来、そうしたサーモスタットの故障診断装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。同文献に記載の故障診断装置では、エンジン停止後も、既定の時間、冷却水を循環させるウォーターポンプとラジエーターに冷却風を送るラジエーターファンを稼動させておきながら、エンジン冷却水の温度低下率を測定している。そして、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度に低下する迄の期間のエンジン冷却水の温度低下率と、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度を下回ってからのエンジン冷却水の温度低下率とを比較することで、サーモスタットの開弁故障を診断する。

ここでサーモスタットが正常に機能していれば、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度未満に低下すると、サーモスタットが閉弁し、エンジンの冷却水回路からラジエーターが切り離される。こうしてラジエーターが冷却水回路から切り離されると、冷却水回路のエンジン冷却水がラジエーターファンの送風により冷却されなくなるため、エンジン冷却水の温度低下率は、それまでよりも小さくなる。

一方、サーモスタットに開弁故障が発生して、サーモスタットの開弁が維持されたときには、エンジン冷却水の温度が開弁温度未満となっても、冷却水回路のエンジン冷却水は、ラジエーターファンの送風により冷却され続けるようになる。そのため、サーモスタットの開弁故障時には、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度を下回ってからのエンジン冷却水の温度低下率は、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度に低下する迄の期間のエンジン冷却水の温度低下率から殆ど変化しないことになる。

したがって、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度に低下する迄の期間のエンジン冷却水の温度低下率と、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度を下回ってからのエンジン冷却水の温度低下率との間に有意な差異が認められなければ、サーモスタットが開弁故障していると診断することができる。

特開２００８−２１５１８３号公報

こうした従来のサーモスタットの故障診断装置では、エンジン停止後に診断を行っているため、エンジン冷却水の温度変化に影響を与えるエンジン等の発熱や走行風の無い条件で診断を行うことができ、より正確な診断が可能となる。しかしながら、診断が行われるのがエンジンの停止後に限られるため、車両走行中にサーモスタットの故障が発生した場合には、エンジンが停止するまで、その検出ができないようになっている。また診断の機会も１トリップに１回と限られたものとなってもいる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、サーモスタットの故障をより早期かつ好適に診断することのできるサーモスタットの故障診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、水冷式エンジンの内部を通ってエンジン冷却水を循環させる冷却水回路を、開弁に応じてラジエーターに接続するサーモスタットの故障を診断する装置としての本発明は、水冷式エンジンの燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率に基づいてサーモスタットの故障を診断している。

エンジンの運転中は、エンジンの発生する熱によりエンジン冷却水が加熱され、その加熱の程度は、エンジンの運転状況や車両の走行状況、環境温度などにより大きく変化する。そのため、エンジン運転中のエンジン冷却水温度の推移を正確に推定することは困難となる。これに対して、エンジンの燃料カット中は、エンジンの熱によるエンジン冷却水の加熱はごく限られたものとなり、冷却系の冷却能力のみを考慮すれば良いため、サーモスタットの正常時、故障時のエンジン冷却水温度の推移を比較的容易に推定することができる。

一方、こうした燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率は、サーモスタットが開弁しているか否かによって変化する。サーモスタットが開弁して冷却水回路にラジエーターが接続されているときには、冷却水回路内のエンジン冷却水の量が増えることになり、冷却水回路を循環するエンジン冷却水全体の熱容量が大きくなるため、サーモスタットが閉弁しているときに比して、エンジン冷却水の温度低下率は小さくなる。

そのため、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率を見ることで、サーモスタットが開弁しているか否かを、ひいてはサーモスタットが正常に作動しているか否かを確認することができる。しかも、燃料カットが実施されれば、診断を行うことができるため、エンジン停止を待たずに、サーモスタットの故障を検出することができる。したがって、本発明によれば、サーモスタットの故障をより早期かつ好適に診断することができる。

本発明の一実施の形態の適用される水冷式エンジンの冷却系の構成を模式的に示す略図。 サーモスタットの正常時と開弁故障時とのそれぞれにおける燃料カット前後のエンジン冷却水の温度の推移を車速の推移と共に示すグラフ。 同実施の形態に適用される故障診断ルーチンの処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明のサーモスタットの故障診断装置を具体化した一実施の形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本実施の形態の適用される水冷式エンジンの冷却系の構成を説明する。なお、本実施の形態の故障診断装置の適用される水冷式エンジンは、イグニッションオンからオフまでの１トリップの間にエンジンが間欠運転される車両に搭載されたものとなっている。こうした車両としては、例えばエンジンとモーターとの２つの駆動源を備えるハイブリッド車両や、車両の停車に応じたエンジン自動停止と同車両の発車に応じた自動再始動を行う、いわゆるエコノミーランニング制御を行う車両などがある。

同図に示すように、水冷式エンジン２には、冷却水回路にエンジン冷却水を循環させる電動式のウォーターポンプ１が取り付けられている。そしてウォーターポンプ１により吐出されたエンジン冷却水は、水冷式エンジン２の内部を流されるようになっている。

水冷式エンジン２を出た後、冷却水回路は、ラジエーター３を通るラジエーター水路４とラジエーター３を迂回するバイパス水路５とに分岐される。これらラジエーター水路４及びバイパス水路５の下流端は、サーモスタット６にそれぞれ接続されている。

サーモスタット６は、その内部を流れるエンジン冷却水の温度に感応して開閉する温度感応式の切換弁となっている。そしてサーモスタット６は、エンジン冷却水の温度がその開弁温度よりも低いときには、ラジエーター水路４を閉じ、エンジン冷却水の温度がその開弁温度よりも高いときには、ラジエーター水路４を開くように動作する。

こうした冷却回路を備える水冷式エンジン２は、エンジン制御用の電子制御ユニット７により制御されている。電子制御ユニット７は、燃料噴射等の水冷式エンジン２の制御に加え、上記ウォーターポンプ１の制御や、ラジエーター３に冷却風を送るラジエーターファン８の制御なども行っている。例えば、電子制御ユニット７は、エンジン回転速度やエンジン冷却水の温度に応じて、冷却水回路を流れるエンジン冷却水の流量が最適となるようにウォーターポンプ１の駆動量を制御したり、エンジン冷却水の温度が設定温度を超えるとラジエーターファン８を作動させて、ラジエーター３での外気へのエンジン冷却水の放熱を促進したりする。また電子制御ユニット７には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサー９の検出信号が入力されている。

次に、こうした水冷式エンジン２の冷却系の作用を説明する。
水冷式エンジン２の冷間始動時には、エンジン冷却水の温度が低いため、サーモスタット６は、ラジエーター水路４を閉じ、ラジエーター３を冷却水回路から切断する。このときのエンジン冷却水は、ウォーターポンプ１から水冷式エンジン２の内部を通り、バイパス水路５、サーモスタット６を経て再びウォーターポンプ１に戻るように循環する。このときのエンジン冷却水は、放熱によりエンジン冷却水を冷却するラジエーター３を迂回して循環されるため、エンジン冷却水の昇温が促進される。

その後、エンジン冷却水の温度が高まり、サーモスタット６の開弁温度に達すると、サーモスタット６が開弁してラジエーター水路４が開かれて、ラジエーター３が冷却水回路に接続される。そして、ラジエーター３で冷却されたエンジン冷却水も、水冷式エンジン２の内部に流されるようになる。

更にエンジン冷却水の温度が上昇して、ラジエーターファン８の作動温度を超えると、ラジエーターファン８によるラジエーター３への強制送風が開始され、ラジエーター３による外気へのエンジン冷却水の放熱がより一層促進されるようになる。

ところで、本実施の形態では、電子制御ユニット７は、水冷式エンジン２の運転中に、サーモスタット６の故障診断を実施する。続いて、こうした本実施の形態におけるサーモスタット６の故障診断の詳細を説明する。

サーモスタット６は、故障によって開弁したままとなることがある。こうした開弁故障が生じると、その内部を流れるエンジン冷却水の温度に拘わらず、ラジエーター３が冷却水回路に接続されるようになる。

こうした開弁故障時の状態を、図２を参照して説明する。なお図２には、水冷式エンジン２の始動後の車速ＳＰＤの推移と、サーモスタット６の正常時及び開弁故障時のそれぞれにおけるエンジン冷却水の温度の推移とが例示されている。

水冷式エンジン２の冷間始動後は、本来であれば、サーモスタット６は閉じられており、ラジエーター３は冷却水回路から切断されている。一方、サーモスタット６に開弁故障が発生すると、冷却水回路にラジエーター３が接続されて、その分、その内部を循環するエンジン冷却水の量が多くなる。そして循環するエンジン冷却水の量が増加すると、冷却水回路を循環するエンジン冷却水全体の熱容量が大きくなるため、このときのエンジン冷却水の昇温は、サーモスタット６が正常なときに比して鈍くなる。その結果、サーモスタット６の正常時と開弁故障時とでは、このときのエンジン冷却水の温度の上昇率に違いが生じることになる。

ただし、このときのエンジン冷却水の温度の上昇率は、水冷式エンジン２の運転状況や車両の走行状況、環境温度などに大きく左右される。そのため、このときのエンジン冷却水の温度上昇率に基づいてのサーモスタット６の故障診断は難しいものとなる。

図２の例では、その後、水冷式エンジン２の間欠停止に伴う燃料カットが行われている。燃料カットが行われると、エンジンの熱によるエンジン冷却水の加熱は余熱によるごく限られたものとなる。よって、このときには、冷却系の冷却能力のみを考慮すれば良いため、燃料カット中のエンジン冷却水の温度の推移は比較的高い精度で推定することができる。そして上述したように、サーモスタット６が開弁故障していると、冷却水回路を循環するエンジン冷却水全体の熱容量が大きくなり、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率は、サーモスタット６が正常に動作しているときに比して小さくなる。したがって、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率に基づけば、高い精度でのサーモスタット６の故障診断が可能となる。

本実施の形態では、電子制御ユニット７は、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率を測定し、その測定した値が、サーモスタット６が正常であるときの推定値をある程度よりも大きく下回ったときに開弁故障が発生したと判定して、サーモスタット６の故障診断を行っている。

図３は、そうした故障診断に係る故障診断ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、水冷式エンジン２の始動後、電子制御ユニット７により実行されるものとなっている。

さて本ルーチンが開始されると、まずステップＳ１００において、エンジン冷却水の温度がサーモスタット６の開弁温度に達していないこと、水冷式エンジン２の運転状態が比較的安定していること、などといった故障診断の前提条件が成立しているか否かの判定が行われる。ここで前提条件が不成立であれば（Ｓ１００：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了される。

前提条件が成立していれば（Ｓ１００：ＹＥＳ）、続くステップＳ１０１において、水冷式エンジン２が燃料カット中であるか否かの判定が行われる。ここで燃料カット中でなければ（Ｓ１０１：ＮＯ）、そのまま今回の本ルーチンの処理が終了され、燃料カット中であれば（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、ステップＳ１０２に処理が移行される。

処理がステップＳ１０２に移行されると、そのステップＳ１０２において、燃料カット開始からの経過時間が既定の時間に達したか否かの判定が行われる。そして既定の時間に達するまで、ステップＳ１０１及びＳ１０２の処理が繰り返される。

燃料カット開始からの経過時間が既定の時間に達すると（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３において、燃料カット開始からのエンジン冷却水の温度の低下量を上記既定の時間で除算して、燃料カット開始からのエンジン冷却水の温度低下率が求められ、その温度低下率が既定の故障判定値未満であるか否かが判定される。そして、温度低下率が故障判定値以上であれば（Ｓ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０４において、サーモスタット６が正常であるとの判定がなされ、温度低下率が故障判定値未満であれば（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５において、サーモスタット６が開弁故障していると判定される。そしてそれらの判定をもって、今回の故障診断が完了される。

以上説明した本実施の形態のサーモスタットの故障診断装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施の形態では、水冷式エンジン２の内部を通ってエンジン冷却水を循環させる冷却水回路を、開弁に応じてラジエーター３に接続するサーモスタット６の故障を、水冷式エンジン２の燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率に基づいて診断している。燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率に基づくことで、正確な故障診断が可能となる。また燃料カットが実施されれば、診断を行うことができるため、エンジン停止を待たずに、サーモスタット６の故障を検出することができる。したがって、本実施の形態によれば、サーモスタット６の故障をより早期かつ好適に診断することができる。

（２）本実施の形態では、エンジン冷却水の温度低下率に基づく故障診断を、エンジン冷却水の温度がサーモスタット６の開弁温度に達する前に行うようにしている。そして、エンジン冷却水の温度低下率が規定の故障判定値未満であることをもって故障有りと判定している。このように診断を行えば、サーモスタット６の開弁故障を好適に診断することができる。

（３）本実施の形態では、水冷式エンジン２が間欠運転を行うように構成されている。こうした間欠運転を行うエンジンでは、しばしば燃料カットを伴うエンジン停止が行われる。そのため、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率に基づく診断の機会が多くなり、診断頻度が高められて、より早期の故障検出が可能となる。

（４）暖機前に診断を行うことができるため、エンジン始動後、速やかに診断を完了することができる。また間欠運転を行い、しばしばエンジンが停止されるため、エンジン冷却水の温度が上り難い水冷式エンジン２でも、診断の機会を確保することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施の形態では、エンジン冷却水の温度低下率に基づく故障診断を、エンジン冷却水の温度がサーモスタット６の開弁温度に達する前に行うようにしていた。なお、エンジン冷却水の温度低下率に基づく故障診断は、エンジン冷却水の温度がサーモスタット６の開弁温度に達した後にも行うことが可能であり、この場合には、サーモスタット６の閉弁故障の有無を診断できる。故障が無ければ、エンジン冷却水の温度がサーモスタット６の開弁温度に達した後には、サーモスタット６は開弁し、冷却水回路にラジエーター３が接続される。一方、サーモスタット６の閉弁故障が生じれば、エンジン冷却水の温度がサーモスタット６の開弁温度に達した後にも、サーモスタット６は開かれず、ラジエーター３は冷却水回路から切断されたままとなる。よって、このときのサーモスタット６が閉弁故障していれば、正常時に比して、冷却水回路を循環するエンジン冷却水全体の熱容量は小さくなり、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率は大きくなる。したがって、エンジン冷却水の温度低下率が規定の故障判定値を超えることをもって閉弁故障有りと判定することで、サーモスタット６の故障診断を行うことが可能となる。

・上記実施の形態では、間欠運転を行う水冷式エンジン２に本発明を適用した場合を説明したが、間欠運転を行わない水冷式エンジンでも、車両の減速時等に燃料カットを行うことがあり、そうしたタイミングでエンジン冷却水の温度低下率に基づく故障診断を行うことが可能である。

・本発明の適用される水冷式エンジンの冷却系の構成は、上記実施の形態の構成に限られるものではない。要は、水冷式エンジンの内部を通ってエンジン冷却水を循環させる冷却水回路を、開弁に応じてラジエーターに接続するサーモスタットを備える水冷式エンジンであれば、本発明のサーモスタットの故障診断装置の適用が可能である。

次に、上記実施の形態及びその変形例から把握することのできる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記故障の診断は、前記エンジン冷却水の温度が前記サーモスタットの開弁温度に達する前に行われ、その診断によっては、前記サーモスタットの開弁故障の有無が診断される請求項１に記載のサーモスタットの故障診断装置。

エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度に達する前には、故障がなければ、サーモスタットは閉弁しているはずである。一方、上述したように、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率は、サーモスタットが開弁しているか否かによって変化する。したがって、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率に基づく診断を、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度に達する前に行えば、サーモスタットの開弁故障の有無を診断することができる。

（ロ）前記開弁故障の診断は、前記エンジン冷却水の温度低下率が規定の故障判定値未満であることをもって故障有りと判定することで行われる上記（イ）に記載のサーモスタットの故障診断装置。

サーモスタットが本来閉弁すべき状況でサーモスタットが開弁したままとなっていれば、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率は正常時に比して小さくなる。したがって、上記（イ）におけるサーモスタットの開弁故障の診断は、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率が規定の故障判定値未満であることをもって故障有りと判定することで行うことができる。

（ハ）前記故障の診断は、前記エンジン冷却水の温度が前記サーモスタットの開弁温度した後に行われ、その診断によっては、前記サーモスタットの閉弁故障の有無が診断される請求項１に記載のサーモスタットの故障診断装置。

エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度に達した後には、故障がなければ、サーモスタットは開弁しているはずである。一方、上述したように、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率は、サーモスタットが開弁しているか否かによって変化する。したがって、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率に基づく診断を、エンジン冷却水の温度がサーモスタットの開弁温度に達した後に行えば、サーモスタットの閉弁故障の有無を診断することができる。

（ニ）前記開弁故障の診断は、前記エンジン冷却水の温度低下率が規定の故障判定値を超えることをもって故障有りと判定することで行われる上記（ハ）に記載のサーモスタットの故障診断装置。

サーモスタットが本来開弁すべき状況でサーモスタットが閉弁したままとなっていれば、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率は正常時に比して大きくなる。したがって、上記（ハ）におけるサーモスタットの閉弁故障の診断は、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率が規定の故障判定値を超えることをもって故障有りと判定することで行うことができる。

（ホ）前記水冷式エンジンは、間欠運転されるものである請求項１、及び上記（イ）〜（ニ）のいずれか１項に記載のサーモスタットの故障診断装置。
ハイブリッド車両では、モーター走行に応じてエンジンが停止され、１トリップ中にしばしば燃料カットが行われる。またいわゆるエコノミーランニング制御を行い、車両の停車に応じたエンジン自動停止と同車両の発車に応じた自動再始動を行う車両でも、１トリップ中にしばしば燃料カットが行われる。このような間欠運転を行う水冷式エンジンでは、燃料カット中のエンジン冷却水の温度低下率に基づく診断の機会が多くなる。したがって、診断頻度が高められて、より早期の故障検出が可能となる。

１…ウォーターポンプ、２…水冷式エンジン、３…ラジエーター、４…ラジエーター水路、５…バイパス水路、６…サーモスタット、７…電子制御ユニット、８…ラジエーターファン、９…水温センサー。

Claims (1)

1. 水冷式エンジンの内部を通ってエンジン冷却水を循環させる冷却水回路を、開弁に応じてラジエーターに接続するサーモスタットの故障を診断する装置であって、
   前記水冷式エンジンの燃料カット中の前記エンジン冷却水の温度低下率に基づいて前記サーモスタットの故障を診断する
   ことを特徴とするサーモスタットの故障診断装置。

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