JP2017137814A - サーモスタット故障検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、このようなエンジンにおいては、冷間始動後の暖気促進のため、冷却水温が所定温度以下である場合には、流路を閉塞してラジエータへの通水を停止するサーモスタットを備えている。
サーモスタットが開状態で固着故障した場合、暖気に要する時間が過度に長くなり、また冷却水温が通常時の水温よりも低温で運転されるいわゆるオーバークールと称されるトラブルの原因となる。
このようなアクティブグリルシャッタを有する車両においては、エンジンの暖気中は通常シャッタが閉塞されているため、ラジエータの通風量が抑制されている。
この場合、サーモスタットが開固着する故障が発生していても、正常時との水温差が小さくなるため、故障を検出できない場合があるという問題があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、故障検出精度を向上したサーモスタット故障検出装置を提供することである。
請求項1に係る発明は、通風量を増減させる通風量可変手段を有するラジエータとエンジンとの間の冷却水流路を冷却水の温度に応じて開閉するサーモスタットの開固着を検出するサーモスタット故障検出装置であって、前記エンジンの運転状態に基づいて冷却水の推定水温を算出する推定水温算出手段と、冷却水の実水温を検出する実水温検出手段と、冷却水が昇温中の所定期間内における前記推定水温と前記実水温との差分の変化量が第1の閾値以上であった場合に予備判定を成立させる第1の判定手段と、前記第1の判定手段が前記予備判定を成立させた際に、前記通風量可変手段を制御して通風量を増加させる通風量制御手段と、前記通風量制御手段が前記通風量を増加させた後に、前記推定水温と前記実水温との差分が第2の閾値以上となった場合に故障判定を成立させる第2の判定手段とを備えることを特徴とするサーモスタット故障検出装置である。
これによれば、冷却水が昇温中の所定期間内における推定水温と実水温との差分の変化量が第1の閾値以上である場合には、サーモスタットの開固着故障が生じている可能性が高いものとして予備判定を成立させ、ラジエータへの通風量を増加させて正常時と故障時との水温乖離が大きい状態を作り出した後に、推定水温と実水温との差分を第2の閾値と比較して故障判定を行うことによって、ラジエータの通風量可変手段が設けられた車両であってもサーモスタットの開固着故障の検出精度を向上することができる。
請求項3に係る発明は、前記通風量可変手段は、前記ラジエータに対向して配置された電動ファンを有し、前記通風量制御手段は、前記予備判定の成立に応じて前記電動ファンを送風状態とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のサーモスタット故障検出装置である。
これらの各発明によれば、予備判定の成立時にラジエータへの通風量を増加させて上述した効果を確実に得ることができる。
これによれば、予備判定の精度を向上することによって、最終的な故障判定の精度をより向上することができる。
実施例のサーモスタット故障検出装置は、例えば、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される水冷式のガソリンエンジンに設けられるものである。
実施例の冷却系1は、水を主成分とし、不凍性を高めるためのエチレングリコールや防食剤、消泡剤などを添加したロングライフクーラントである冷却水を、エンジン10のシリンダヘッドやシリンダライナに形成されたウォータージャケットに強制循環させてこれらを冷却するものである。
エンジン10等を冷却する冷却系1は、ウォーターポンプ20、フィラータンク30、ラジエータ40、リザーバタンク50、サーモスタット60、電動ファン70、グリルシャッタ80等を有して構成されている。
エンジン10は、インレット配管11、アウトレット配管12,13等を有する。
インレット配管11は、ウォーターポンプ20が吐出する冷却水をエンジン10の内部の冷却水流路に導入する管路である。
エンジン10の主機に導入された冷却水は、シリンダヘッドやシリンダライナに形成されたウォータージャケットを順次通過してシリンダヘッド、シリンダライナ等を冷却した後、アウトレット配管12,13によって排出される。
アウトレット配管12,13は、エンジン10の冷却水流路から排出された冷却水を、フィラータンク30及びラジエータ40にそれぞれ搬送する管路である。
ウォーターポンプ20は、エンジン10のシリンダブロックに取り付けられ、タイミングチェーン等を介してクランク軸と連動して駆動される。
ウォーターポンプ20の吐出口は、エンジン10のインレット配管11に接続されている。
フィラータンク30には、アウトレット配管31、バイパス配管32が設けられている。
アウトレット配管31は、フィラータンク30から出た冷却水をラジエータ40に導入する管路である。
バイパス配管32は、フィラータンク30から出た冷却水を、ラジエータ40を通過することなくウォーターポンプ20の入口部に還流させる管路である。
ラジエータ40は、入口側、出口側にそれぞれ設けられた一対のタンク間を、多数のフィン付きチューブによって連通させ、フィン付きチューブ内を冷却水が通過することによって、冷却水が持つ熱をフィンから放熱させるよう構成されている。
サーモスタット60は、流路を開閉するバルブ及びバルブを閉弁側へ付勢するスプリングを有する。
サーモスタット60は、さらに冷却水温度が上昇すると膨張する密閉型のワックスペレットを備え、バルブはワックスペレットの膨張によって開弁側へ駆動され、流路を開放する。
上記した構成によって、サーモスタット60は、正常時においては、冷却水温が所定の開弁温度以下では流路を閉塞し、それ以上の温度では流路を開くようになっている。
開弁温度は、一例として、80℃程度に設定されている。
電動ファン70は、通常時においては、冷却水温が所定の閾値(例えば96℃程度)を超過した場合に作動するようになっている。
グリルシャッタ80は、冷却水温が所定の低温状態である場合や、エンジン10や図示しないエアコンディショナーの負荷が低く冷却要求が比較的低い場合等に、グリル開口の一部又は全部を閉塞することによって、車体の空気抵抗係数Cdを低減することによって燃費を改善する。
サーモスタット故障検出装置は、エンジン制御ユニット(ECU)100を有する。
ECU100は、エンジン10及びその補機類を統括的に制御するものである。
ECU100は、例えば、CPU等の情報処理手段、RAMやROM等の記憶手段、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有して構成されている。
ECU100は、アクセルペダルセンサ110が検出するアクセルペダルの踏込量等に基づいて、ドライバ要求トルクを算出し、エンジン10が発生する実際のトルクがドライバ要求トルクに近付くよう、スロットルアクチュエータ121、燃料噴射装置122、点火装置123等を制御し、エンジン10の出力を調節するものである。
これらの各手段は、各手段ごとに設けられる個別のハードウェアにより構成されるものであってもよく、また、共通のCPU等のハードウェアを利用してソフトウェア的に構成されるものであってもよい。
推定水温算出手段101は、例えば、エンジン10の吸入空気量、回転数の履歴に基づいて冷却水への入熱量(エンジンの発熱量)を推定するとともに、ここから外気温及び車速に基づいて推定された冷却水からの放熱量を差し引くことによって、冷却水の温度を推定する。
これらの各パラメータから推定水温を算出する数式は、例えば実機を用いた実験や、シミュレーション等によって得ることが可能である。
故障判定手段103は、予備判定手段102による予備判定が成立した場合に、冷却水の推定温度と実温度との乖離に基づいて、確定診断としての故障判定を行うものである。
通風量制御手段104は、シャッタアクチュエータ141、電動ファンモータ142を制御して、グリルシャッタ80の開閉及び電動ファン70のオンオフを切り替えるものである。
これらの動作、機能については、後に詳しく説明する。
スロットルアクチュエータ121は、ECU100からの指令に応じて、エンジン10の吸入空気量を制御するスロットルバルブを開閉駆動する電動アクチュエータである。
燃料噴射装置122は、エンジン10の各気筒に設けられ、シリンダ内に燃料噴霧を噴出するインジェクタ、及び、インジェクタに加圧された燃料を供給する燃料供給手段を備えている。
燃料噴射装置122は、ECU100からの指令に応じて、各シリンダに所定の噴射量の燃料を所定の噴射時期に噴射する。
点火装置123は、ECU100からの指令に応じて、各気筒の点火栓に点火信号(点火電圧)を供給する。
水温センサ131は、エンジン10から出た冷却水の温度を検出するものである。
外気温センサ132は、車両周囲の外気温(雰囲気温度)を検出するものである。
車速センサ133は、車輪の回転速度と実質的に比例する周波数のパルス信号を出力するものである。
ECU100は、車速センサ133が出力するパルス信号に応じて、車両の走行速度を演算する。
クランク角センサ134は、エンジン10の出力軸であるクランクシャフトの回転速度と実質的に比例する周波数のパルス信号を出力するものである。
ECU100は、クランク角センサ134が出力するパルス信号に応じて、車両の走行速度を演算する。
シャッタアクチュエータ141は、グリルシャッタ80を開閉する電動アクチュエータである。
電動ファンモータ142は、電動ファン70のブロワファンを回転駆動するものである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
<ステップS01:車速・水温判断>
ECU100は、現在の車速が予め設定された所定値以上であり、かつ、水温センサ131によって検出された冷却水の温度が予め設定された所定値以下であるか否かを判別する。
この所定値は、例えば、サーモスタット60の正常時における開弁温度以下に設定される。
車速が所定値以上かつ水温が所定値以下である場合は、予備診断の実行条件が充足したものとして、ステップS02に進み、その他の場合は、ステップS03に進む。
ECU100は、予備診断の実行条件が充足した状態の継続時間を計時するタイマ手段である診断条件タイマのタイマ値を加算する。
その後、ステップS04に進む。
ECU100は、診断条件タイマのタイマ値をリセットし、その後、ステップS01に戻って以降の処理を繰り返す。
ECU100は、診断条件タイマのタイマ値が、予め設定された閾値(例えば60秒)以上であるか判別する。
タイマ値が閾値以上である場合は、ステップS05に進み、その他の場合は、ステップS01に戻って以降の処理を繰り返す。
ECU100の予備判定手段102は、水温センサ131によって検出された実際の水温(実水温)から、推定水温算出手段101によって推定された水温(推定水温)を減じた差分の所定時間における変化量(予備診断判定値)を、予め設定された第1の閾値と比較する。
予備診断判定値が第1の閾値未満である場合は、サーモスタット60が開固着故障している可能性が高いものとして予備診断を成立させ、ステップS06に進む。
その他の場合は、ステップS07に進む。
ECU100の通風量制御手段104は、シャッタアクチュエータ141、電動ファンモータ142を作動させ、グリルシャッタ80を閉状態から開状態へ移行させるとともに、電動ファン70による送風を開始して、ラジエータ40の通風量を増加させる。
その後、ステップS08に進む。
ECU100の通風量制御手段104は、グリルシャッタ80を閉状態、電動ファン70を停止(オフ)状態に維持する。
その後、ステップS08に進む。
ECU100は、推定水温算出手段101が推定する推定水温を、予め設定された診断判定温度(例えば、80℃程度)と比較する。
推定水温が診断判定温度以上である場合は、ステップS09に進み、その他の場合は、推定水温が診断判定温度に到達するまでステップS08を繰り返す。
ECU100の故障判定手段103は、水温センサ131によって検出された実際の水温(実水温)から、推定水温算出手段101によって推定された水温(推定水温)を減じた差分(推定水温と実水温との乖離量)を、予め設定された第2の閾値と比較する。
差分が第2の閾値以上である場合は、ステップS10に進み、その他の場合は、一連の処理を終了(リターン)する。
ECU100の故障判定手段103は、サーモスタット60の開固着故障判定を成立させる。
その後、一連の処理を終了する。
図4において、横軸はエンジン始動後の時間を示し、縦軸は車速及び冷却水温を示している。
実線は、冷却系1が正常な場合の推定水温を示している。なお、冷却系1が正常な場合には、実際の水温(実水温)もこの推定水温と実質的に一致する。
一点鎖線は、サーモスタット60が開固着故障しており、グリルシャッタ80が閉じかつ電動ファン70がオフの状態における実水温を示している。
二点鎖線は、サーモスタット60が開固着故障しており、グリルシャッタ80が開きかつ電動ファン70がオンの状態における実水温を示している。
実線太線は、車速を示している。
この点、本実施例によれば、冷却水が昇温中(図4において破線矩形で示す領域)の時間あたり温度変化率(図4における傾き)の違いに基づいて、サーモスタット60の開固着故障の可能性が高い状態を判定(予備判定)し、グリルシャッタ80を開きかつ電動ファン70をオンすることによって、ラジエータ40への通風量を増加して正常状態と故障状態との水温乖離が大きくなる状態を作り出し、サーモスタット60の開固着故障を適切に検出することができる。
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)サーモスタット故障検出装置、及び、これが設けられるエンジンの構成は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、実施例ではエンジンはガソリンエンジンであったが、ガソリン以外の燃料を用いる火花点火式エンジンや、ディーゼルエンジン、HCCI燃焼を行うエンジンなど、あらゆる種類の水冷式内燃エンジンに本発明を適用することが可能である。
(2)エンジンの冷却系は実施例の構成に限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、ターボチャージャ等の過給器や水冷式オイルクーラ、水冷式インタークーラ、ヒータコアなどに冷却水を循環させる流路を設けてもよい。
(3)実施例においては、グリルシャッタ及び電動ファンをともに用いてラジエータの通風量を増加させているが、本発明は、グリルシャッタを持たない車両にも適用することができる。この場合、ラジエータの通風量は電動ファンによって増加する構成とすることができる。
11 インレット配管 12 アウトレット配管
13 アウトレット配管 20 ウォーターポンプ
30 フィラータンク 31 アウトレット配管
32 バイパス配管 40 ラジエータ
50 リザーバタンク 51 リザーバ配管
52 リザーバ配管 60 サーモスタット
70 電動ファン 80 グリルシャッタ
100 エンジン制御ユニット(ECU)
101 推定水温算出手段 102 予備判定手段
103 故障判定手段 104 通風量制御手段
110 アクセルペダルセンサ 121 スロットルアクチュエータ
122 燃料噴射装置 123 点火装置
131 水温センサ 132 外気温センサ
133 車速センサ 134 クランク角センサ
141 シャッタアクチュエータ 142 電動ファンモータ
Claims (4)
- 通風量を増減させる通風量可変手段を有するラジエータとエンジンとの間の冷却水流路を冷却水の温度に応じて開閉するサーモスタットの開固着を検出するサーモスタット故障検出装置であって、
前記エンジンの運転状態に基づいて冷却水の推定水温を算出する推定水温算出手段と、
冷却水の実水温を検出する実水温検出手段と、
冷却水が昇温中の所定期間内における前記推定水温と前記実水温との差分の変化量が第1の閾値以上であった場合に予備判定を成立させる第1の判定手段と、
前記第1の判定手段が前記予備判定を成立させた際に、前記通風量可変手段を制御して通風量を増加させる通風量制御手段と、
前記通風量制御手段が前記通風量を増加させた後に、前記推定水温と前記実水温との差分が第2の閾値以上となった場合に故障判定を成立させる第2の判定手段とを備えること
を特徴とするサーモスタット故障検出装置。 - 前記通風量可変手段は、車体外部から走行風を導入する空気流路の少なくとも一部を開閉するシャッタを有し、
前記通風量制御手段は、前記予備判定の成立に応じて前記シャッタを開状態とすること
を特徴とする請求項1に記載のサーモスタット故障検出装置。 - 前記通風量可変手段は、前記ラジエータに対向して配置された電動ファンを有し、
前記通風量制御手段は、前記予備判定の成立に応じて前記電動ファンを送風状態とすること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のサーモスタット故障検出装置。 - 前記第1の判定手段は、車両の走行速度が所定値以上である状態が予め設定された期間以上継続した場合にのみ前記予備判定を成立させること
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のサーモスタット故障検出装置。
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