JP2016113973A - 内燃機関冷却系のサーモスタット異常検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サーモスタットの開異常の誤検出を防止する。【解決手段】内燃機関１０が発熱量の少ない運転状態である第１条件と、エアコンヒータが作動状態である第２条件とが成立する場合は、サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodをＯＮに設定することで、サーモスタット１４の開異常検出を禁止する（Ｓ１０３）。これによって、サーモスタット１４が正常に閉じているにもかかわらず冷却水通路１１の冷却水温度ＥＣＴと第２冷却水循環経路３０の冷却水温度ＲＣＴとの差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が小さくなることによるサーモスタット１４の開異常の誤検出を防止することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関冷却系のサーモスタットの異常を検出する装置に関する。

下記特許文献１では、サーモスタットよりもエンジン側の冷却水循環経路にエンジン側冷却水温センサを設けるとともに、ラジエータ側の冷却水循環経路にラジエータ側冷却水温センサを設けている。そして、サーモスタットが正常であれば閉じている温度領域で、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温との温度差が判定基準値より小さい場合に、サーモスタットが開き放しで固着する開異常が発生したと判定している。

特開２００５−１６３７９５号公報 特開２０１１−１１１９１１号公報 特開平１０−１７６５３４号公報

特許文献１において、エンジンが発熱量の少ない運転状態で且つヒータが作動状態である場合は、エンジンから冷却水に伝わる熱量は少なく、且つエンジン側冷却水循環経路を流れる冷却水の熱がヒータで放出されることで、エンジン側冷却水温が低下する。その場合は、サーモスタットが正常に閉じていたとしても、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温との温度差が小さくなる。この温度差が判定基準値より小さくなる場合にサーモスタットの開異常判定を行うと、サーモスタットが正常に閉じているにもかかわらずサーモスタットに開異常が発生したと誤判定してしまうことになる。

本発明は、サーモスタットの開異常の誤検出を防止することを目的とする。

本発明に係る内燃機関冷却系のサーモスタット異常検出装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る内燃機関冷却系のサーモスタット異常検出装置は、内燃機関冷却水通路の冷却水をヒータコア内を介して循環させるための第１冷却水循環経路であって、ヒータの作動状態において冷却水の熱がヒータコアで放出される第１冷却水循環経路と、内燃機関冷却水通路の冷却水をラジエータ内を介して循環させるための第２冷却水循環経路と、内燃機関冷却水通路と第２冷却水循環経路間を開閉するサーモスタットとを有する内燃機関冷却系において、サーモスタットの異常検出を行う装置であって、内燃機関冷却水通路または第１冷却水循環経路の冷却水の温度を検出する第１冷却水温センサと、第２冷却水循環経路の冷却水の温度を検出する第２冷却水温センサと、第１冷却水温センサで検出された冷却水の温度と第２冷却水温センサで検出された冷却水の温度との差に基づいてサーモスタットの開異常検出を行うサーモスタット異常判定部と、を備え、サーモスタット異常判定部は、内燃機関が発熱量の少ない運転状態である第１条件と、ヒータが作動状態である第２条件とが成立する場合は、サーモスタットの開異常検出を禁止することを要旨とする。

本発明の一態様では、サーモスタット異常判定部は、サーモスタットの開異常検出の禁止後に第１条件と第２条件のいずれか１つ以上が成立しなくなり、さらに、サーモスタットが正常であれば閉じていることを含むサーモスタットモニタ条件の成立後に、設定時間以上経過する第３条件と、第１冷却水温センサで検出された冷却水の温度が設定温度以上上昇する第４条件とのいずれか１つ以上が成立した場合は、サーモスタットの開異常検出を許容することが好適である。

本発明によれば、内燃機関が発熱量の少ない運転状態で且つヒータが作動状態である場合は、サーモスタットの開異常検出を禁止することで、サーモスタットの開異常の誤検出を防止することができる。

本発明の実施形態に係るサーモスタット異常検出装置を備える内燃機関冷却系の構成例を示す図である。 電子制御装置が実行する処理の一例を説明するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るサーモスタット異常検出装置を備える内燃機関冷却系の概略構成を示す図である。本実施形態における内燃機関冷却系は、例えば車両に搭載される。内燃機関１０は、シリンダ内で燃料を燃焼させることで動力を発生し、燃焼による熱が発生する。内燃機関１０内には冷却水通路１１が形成されており、電動ウォーターポンプ１２の駆動により冷却水が冷却水通路１１を流れることで、内燃機関１０の冷却が行われる。

第１冷却水循環経路２０は、冷却水通路１１の冷却水をエアコンヒータのヒータコア２１内を介して循環させるための冷却水経路であり、冷却水通路１１の出口１１ｂとヒータコア２１内を繋ぐためのヒータコア入口側経路２２と、冷却水通路１１の入口１１ａとヒータコア２１内を繋ぐためのヒータコア出口側経路２３とを有する。図１の冷却系の例では、第１冷却水循環経路２０に、ヒータコア２１の他に、排気再循環ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２４と、内燃機関１０の排気熱を回収するための排気熱回収器２５がさらに設けられているが、ＥＧＲクーラ２４及び排気熱回収器２５を省略することも可能である。

第２冷却水循環経路３０は、冷却水通路１１の冷却水をラジエータ３１内を介して循環させるための冷却水経路であり、冷却水通路１１の出口１１ｂとラジエータ３１内を繋ぐためのラジエータ入口側経路３２と、冷却水通路１１の入口１１ａとラジエータ３１内を繋ぐためのラジエータ出口側経路３３とを有する。サーモスタット１４は、冷却水通路１１と第２冷却水循環経路３０間に設けられており、冷却水通路１１と第２冷却水循環経路３０間を開閉する。図１の冷却系の例では、サーモスタット１４は、冷却水通路１１の入口１１ａとラジエータ出口側経路３３に設けられており、冷却水通路１１の入口１１ａとラジエータ出口側経路３３間を開閉する。冷却水温度が設定温度より高いと、サーモスタット１４が開く。一方、冷却水温度が設定温度より低いと、サーモスタット１４が閉じる。

電動ウォーターポンプ１２の駆動により、冷却水通路１１を流れた冷却水は、冷却水通路１１の出口１１ｂからヒータコア入口側経路２２、ヒータコア２１内、及びヒータコア出口側経路２３を通って冷却水通路１１の入口１１ａに戻ることで、第１冷却水循環経路２０を介して循環する。その際に、エアコンヒータの作動時には、図示しないブロアファンの駆動によりヒータコア２１に風が送られることで、ヒータコア２１内の冷却水とヒータコア２１外の空気との熱交換が促進され、冷却水の熱がヒータコア２１で放出される。ヒータコア２１での熱交換後の空気は、例えば車室内の暖房に用いられる。一方、エアコンヒータの非作動時には、ブロアファンは停止し、冷却水の熱はヒータコア２１ではほとんど放出されない。

さらに、冷却水温度が設定温度より高く、サーモスタット１４が開いているときは、冷却水通路１１を流れた冷却水は、冷却水通路１１の出口１１ｂからラジエータ入口側経路３２、ラジエータ３１内、及びラジエータ出口側経路３３を通って冷却水通路１１の入口１１ａに戻ることで、第２冷却水循環経路３０を介して循環する。その際に、冷却水通路１１を流れた冷却水の熱がラジエータ３１で放出され、さらに、電動ファン３５の駆動によりラジエータ３１での放熱が促進される。一方、冷却水温度が設定温度より低く、サーモスタット１４が閉じているときは、第２冷却水循環経路３０における冷却水の流れは滞り、冷却水通路１１を流れた冷却水の熱はラジエータ３１では放出されない。

冷却水温度が設定温度より低いにもかかわらずサーモスタット１４が閉じずに開き放しで固着する開異常が発生すると、ラジエータ３１での放熱が過剰に行われることで内燃機関１０の冷却が過剰に行われ、内燃機関１０の燃費低下や排気エミッション増加の原因となる。そこで、本実施形態では、サーモスタット１４の開異常を判定する。そのために、冷却水通路１１の冷却水の温度ＥＣＴを検出する第１冷却水温センサ６１と、第２冷却水循環経路３０の冷却水の温度ＲＣＴを検出する第２冷却水温センサ６２が付設されている。図１の例では、冷却水温度ＥＣＴを冷却水通路１１の出口１１ｂにて検出しているが、冷却水温度ＥＣＴを例えば冷却水通路１１の入口１１ａにて検出することも可能である。さらに、第１冷却水温センサ６１により第１冷却水循環経路２０の冷却水の温度ＥＣＴを検出することも可能であり、例えばヒータコア入口側経路２２やヒータコア出口側経路２３にて冷却水温度ＥＣＴを検出することも可能である。また、図１の例では、冷却水温度ＲＣＴをラジエータ入口側経路３２にて検出しているが、冷却水温度ＲＣＴを例えばラジエータ出口側経路３３にて検出することも可能である。第１冷却水温センサ６１で検出された冷却水温度ＥＣＴを示す信号、及び第２冷却水温センサ６２で検出された冷却水温度ＲＣＴを示す信号は、電子制御装置（ＥＣＵ）４０に入力される。

電子制御装置４０のサーモスタット異常判定部４２は、所定のサーモスタットモニタ条件の成立時に、第１冷却水温センサ６１で検出された冷却水温度ＥＣＴと第２冷却水温センサ６２で検出された冷却水温度ＲＣＴとの差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）に基づいて、サーモスタット１４の開異常判定を行う。ここでのサーモスタットモニタ条件の例としては、冷却水温度ＥＣＴが設定温度（例えば７５℃程度）より低い条件、つまりサーモスタット１４が正常であれば閉じている条件が含まれる。さらに、サーモスタットモニタ条件として、内燃機関１０の始動中の条件、内燃機関１０の始動後に冷却水温度ＥＣＴが所定温度（例えば１℃程度）以上上昇した条件、冷却水温度ＥＣＴの時間変化量が所定量（例えば０．１℃／ｓｅｃ程度）以上である条件、及び内燃機関１０の負荷が所定負荷以上（例えば吸入空気流量５ｇ／ｓｅｃ以上）である条件のいずれか１つ以上を含めることも可能である。温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が判定基準値α以上である場合は、サーモスタット異常判定部４２は、サーモスタット１４が閉じており正常である（開異常が発生していない）と判定する。一方、温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が判定基準値αより小さい場合は、サーモスタット異常判定部４２は、サーモスタット１４が開き放しで固着しており開異常が発生したと判定する。これによって、サーモスタット１４の開異常検出を行う。

サーモスタット１４が正常に閉じている場合は、冷却水通路１１を流れる冷却水は、第２冷却水循環経路３０を介さずに第１冷却水循環経路２０を介して循環するため、冷却水温度ＲＣＴは上昇せずに冷却水温度ＥＣＴが内燃機関１０の発熱により上昇することで、温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が大きくなる。一方、サーモスタット１４に開異常が発生すると、冷却水通路１１を流れる冷却水が、第１冷却水循環経路２０及び第２冷却水循環経路３０の両方を介して循環することで、温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が小さくなる。そこで、温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）を判定基準値αと比較することで、サーモスタット１４の開異常判定を行うことが可能となる。

ただし、内燃機関１０が発熱量の少ない運転状態で且つエアコンヒータが作動状態である場合は、内燃機関１０から冷却水通路１１の冷却水に伝わる熱量は少なく、且つ第１冷却水循環経路２０を流れる冷却水の熱がヒータコア２１で放出されることで、冷却水温度ＥＣＴが低下する。その場合は、サーモスタット１４が正常に閉じていたとしても、温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が小さくなる。冷却水温度ＥＣＴの低下によって温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が判定基準値αより小さくなる場合にサーモスタット１４の開異常判定を行うと、サーモスタット１４が正常に閉じているにもかかわらずサーモスタット１４に開異常が発生したと誤判定してしまうことになる。なお、発熱量の少ない内燃機関１０の運転状態の例としては、内燃機関１０の運転停止中、内燃機関１０の燃料カット中、内燃機関１０のアイドリング運転中、あるいは内燃機関１０の低負荷運転中（例えば吸入空気流量が５ｇ／ｓｅｃより少ない）等の運転状態が挙げられる。

そこで、本実施形態では、サーモスタット異常判定部４２は、内燃機関１０が発熱量の少ない運転状態である第１条件と、エアコンヒータが作動状態である第２条件とが成立する場合は、サーモスタット１４の開異常検出を禁止する。そして、サーモスタット異常判定部４２は、サーモスタット１４の開異常検出の禁止後に第１条件と第２条件のいずれか１つ以上が成立しなくなり、さらに、所定のサーモスタットモニタ禁止解除条件が成立した場合は、サーモスタット１４の開異常検出を許容して禁止を解除する。サーモスタットモニタ禁止解除条件の具体例については後述する。以下、サーモスタット１４の開異常検出の禁止及びその解除を行う場合に、電子制御装置４０が実行する処理について、図２のフローチャートを用いて説明する。

図２のフローチャートのステップＳ１０１では、内燃機関１０が発熱量の少ない運転状態である第１条件と、エアコンヒータが作動状態である第２条件の両方が成立するか否かが判定される。内燃機関１０の運転停止中、内燃機関１０の燃料カット中、内燃機関１０のアイドリング運転中、あるいは内燃機関１０の低負荷運転中（例えば吸入空気流量５ｇ／ｓｅｃより少ない）である場合は、内燃機関１０の発熱量が少なく、第１条件が成立すると判定する。一方、内燃機関１０の負荷が所定負荷以上（例えば吸入空気流量５ｇ／ｓｅｃ以上）である場合は、内燃機関１０の発熱量が多く、第１条件が成立しないと判定する。第１条件及び第２条件のいずれか１つ以上が成立しない場合（ステップＳ１０１の判定結果がＮＯの場合）は、ステップＳ１０２において、サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodがＯＦＦに設定される。そして、ステップＳ１０１に戻る。一方、第１条件及び第２条件の両方が成立する場合（ステップＳ１０１の判定結果がＹＥＳの場合）は、ステップＳ１０３において、サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodがＯＮに設定される。そして、ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、第１条件と第２条件のいずれか１つ以上が成立しなくなった後に、サーモスタットモニタ条件の成立時から設定時間（例えば１０ｓｅｃ程度）以上経過する第３条件と、サーモスタットモニタ条件の成立時から冷却水温度ＥＣＴが設定温度（例えば５℃程度）以上上昇する第４条件の両方が成立するか否かが判定される。第３条件及び第４条件のいずれか１つ以上が成立しない場合（ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合）は、サーモスタットモニタ禁止解除条件が成立しないと判定し、ステップＳ１０５において、サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodがＯＮに設定される。そして、ステップＳ１０４に戻る。一方、第３条件及び第４条件の両方が成立する場合（ステップＳ１０４の判定結果がＹＥＳの場合）は、サーモスタットモニタ禁止解除条件が成立したと判定し、ステップＳ１０６において、サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodがＯＦＦに設定される。そして、ステップＳ１０１に戻る。

ただし、ステップＳ１０４では、第１条件と第２条件のいずれか１つ以上が成立しなくなった後に、第３条件または第４条件が成立するか否かを判定することも可能である。第３条件及び第４条件の両方が成立しない場合（ステップＳ１０４の判定結果がＮＯの場合）は、サーモスタットモニタ禁止解除条件が成立しないと判定し、ステップＳ１０５において、サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodをＯＮに設定する。一方、第３条件または第４条件が成立する場合（ステップＳ１０４の判定結果がＹＥＳの場合）は、サーモスタットモニタ禁止解除条件が成立したと判定し、ステップＳ１０６において、サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodをＯＦＦに設定する。

サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodがＯＦＦに設定されている場合は、サーモスタット１４の開異常判定の実行が許容される。その場合は、サーモスタットモニタ条件の成立時にサーモスタット１４の開異常判定が実行される。一方、サーモスタットモニタ禁止フラグexinhthrmodがＯＮに設定されている場合は、サーモスタット１４の開異常判定の実行が禁止される。その場合は、サーモスタットモニタ条件の成立時であってもサーモスタット１４の開異常判定が実行されない。なお、exinhthrmod＝ＯＮの情報は、車両のイグニッションスイッチがオフになってもクリアされないものとする。

以上説明した本実施形態によれば、内燃機関１０が発熱量の少ない運転状態である第１条件と、エアコンヒータが作動状態である第２条件とが成立する場合に、サーモスタット１４の開異常検出を禁止する。これによって、サーモスタット１４が正常に閉じていても冷却水温度ＥＣＴが低下する状況で、サーモスタット１４の開異常判定が行われるのを防止することができる。したがって、サーモスタット１４が正常に閉じているにもかかわらず温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が小さくなることによるサーモスタット１４の開異常の誤検出を防止することができる。

そして、サーモスタット１４の開異常検出の禁止後に第１条件と第２条件のいずれか１つ以上が成立しなくなり、さらに、サーモスタットモニタ条件の成立後に、設定時間以上経過する第３条件と冷却水温度ＥＣＴが設定温度以上上昇する第４条件とのいずれか１つ以上が成立した場合は、サーモスタット１４の開異常検出を許容する。これによって、サーモスタット１４が正常に閉じていれば冷却水温度ＥＣＴが上昇して温度差（ＥＣＴ−ＲＣＴ）が小さくならないと想定される状況で、サーモスタット１４の開異常判定を行うことができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ 内燃機関、１１ 冷却水通路、１１ａ 入口、１１ｂ 出口、１２ 電動ウォーターポンプ、１４ サーモスタット、２０ 第１冷却水循環経路、２１ ヒータコア、２２ ヒータコア入口側経路、２３ ヒータコア出口側経路、２４ ＥＧＲクーラ、２５ 排気熱回収器、３０ 第２冷却水循環経路、３１ ラジエータ、３２ ラジエータ入口側経路、３３ ラジエータ出口側経路、３５ 電動ファン、４０ 電子制御装置、４２ サーモスタット異常判定部、６１ 第１冷却水温センサ、６２ 第２冷却水温センサ。

Claims (2)

1. 内燃機関冷却水通路の冷却水をヒータコア内を介して循環させるための第１冷却水循環経路であって、ヒータの作動状態において冷却水の熱がヒータコアで放出される第１冷却水循環経路と、内燃機関冷却水通路の冷却水をラジエータ内を介して循環させるための第２冷却水循環経路と、内燃機関冷却水通路と第２冷却水循環経路間を開閉するサーモスタットとを有する内燃機関冷却系において、サーモスタットの異常検出を行う装置であって、
   内燃機関冷却水通路または第１冷却水循環経路の冷却水の温度を検出する第１冷却水温センサと、
   第２冷却水循環経路の冷却水の温度を検出する第２冷却水温センサと、
   第１冷却水温センサで検出された冷却水の温度と第２冷却水温センサで検出された冷却水の温度との差に基づいてサーモスタットの開異常検出を行うサーモスタット異常判定部と、
   を備え、
   サーモスタット異常判定部は、内燃機関が発熱量の少ない運転状態である第１条件と、ヒータが作動状態である第２条件とが成立する場合は、サーモスタットの開異常検出を禁止する、内燃機関冷却系のサーモスタット異常検出装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関冷却系のサーモスタット異常検出装置であって、
   サーモスタット異常判定部は、サーモスタットの開異常検出の禁止後に第１条件と第２条件のいずれか１つ以上が成立しなくなり、さらに、サーモスタットが正常であれば閉じていることを含むサーモスタットモニタ条件の成立後に、設定時間以上経過する第３条件と、第１冷却水温センサで検出された冷却水の温度が設定温度以上上昇する第４条件とのいずれか１つ以上が成立した場合は、サーモスタットの開異常検出を許容する、内燃機関冷却系のサーモスタット異常検出装置。

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