JP3719515B2 - Engine cooling system thermostat failure detection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの冷却水の温度調節を行うサーモスタットの故障の有無を検出するエンジン冷却系のサーモスタット故障検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、水冷式のエンジンでは、エンジン内の冷却水路(ウォータジャケット)とラジエータとの間で冷却水を循環させる冷却水循環経路に、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、エンジンの始動後に暖機運転が完了するまでは、サーモスタットを閉じて冷却水の循環を停止し、エンジン側の冷却水温を速やかに適正温度域に上昇させて、燃費向上、エミッション低減を図り、エンジン側の冷却水温が適正温度域を越えたときにサーモスタットを自動的に開いて、ラジエータ側の冷えた冷却水をエンジン側へ循環させてエンジン側の冷却水温を適正温度域まで低下させるようになっている(例えば特開昭58−008225号公報)。
【0003】
【特許文献1】
特開昭58−008225号公報(第2頁等)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、サーモスタットの故障モードには、サーモスタットが開き放しになる開故障と、閉じ放しになる閉故障とがある。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、始動当初からラジエータ内の冷えた冷却水がエンジン内に循環されてしまうため、始動後のエンジン側の冷却水温の上昇が妨げられて、エンジンの暖機が遅れ、燃費悪化やエミッション増加を招いてしまう。また、閉故障が発生すると、エンジン側の冷却水温が適正温度域を越えたときでも、ラジエータ側の冷えた冷却水がエンジン側に循環されないため、エンジン側の冷却水温が上昇し続け、エンジンがオーバーヒートしてしまうおそれがある。従って、サーモスタットの故障が発生したときには、それを直ちに検出して運転者に警告することが望ましい。
【0005】
尚、エンジン冷却系の故障を検出する公知技術として、特開平4−19329号公報に示すように、ラジエータの入口と出口にそれぞれ水温センサを設け、ラジエータの入口水温と出口水温とに基づいてラジエータの放熱性能を評価して、ラジエータの劣化を検出するものがある。サーモスタットは、エンジン側の冷却水温に応じて自動的に開閉作動するものであるため、上記公知技術のように、サーモスタットの開閉作動とは無関係のラジエータ側の冷却水温を2箇所で検出してもサーモスタットの故障を検出することはできない。しかも、ラジエータ側に新たに2つの温度センサを設けなければならず、その分、コスト高になる欠点がある。
【0006】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、サーモスタットの故障を比較的安価な手段で精度良く検出することができる内燃機関冷却系のサーモスタット故障検出装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明の理解を容易にするために、サーモスタット故障時の冷却水温の挙動を図5及び図6を用いて説明する。
【0008】
図5は、サーモスタットが開き放しになる開故障が発生したときのエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動を正常時と比較して示したものである。冷間始動時には、サーモスタットが正常であれば閉弁しているため、冷却水の循環が停止されて、エンジン側冷却水温の上昇が促進され、ラジエータ側冷却水温はほとんど上昇しないが、開故障が発生すると、冷間始動時でも、始動当初からラジエータ内の冷えた冷却水がエンジン内に循環されてしまうため、始動後のエンジン側冷却水温の上昇が遅れ、一方、ラジエータ側冷却水温は始動直後から上昇し始める。
【0009】
また、暖機完了後(サーモスタットの開弁後)に、エンジン側冷却水温がサーモスタットの閉弁温度以下に低下したときには、サーモスタットが正常であれば閉弁して冷却水の循環が停止され、エンジン側冷却水温が再上昇し、ラジエータ側冷却水温が低下するが、開故障時には、サーモスタットが閉弁せずに冷却水が循環し続けてエンジン側冷却水温が低下し続け、一方、ラジエータ側冷却水温は上昇する。
【0010】
図6は、サーモスタットが閉じ放しになる閉故障が発生したときのエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動を正常時と比較して示したものである。エンジン側冷却水温がサーモスタット開弁温度を越えたときには、サーモスタットが正常であれば開弁して、ラジエータ側の冷えた冷却水がエンジン側に循環され、エンジン側冷却水温が低下し、ラジエータ側冷却水温が上昇するが、閉故障時には、サーモスタットが開弁せず、冷却水の循環が行われずに、エンジン側冷却水温が上昇し続け、一方、ラジエータ側冷却水温はあまり上昇しない。
【0011】
このように、サーモスタットが故障すると、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動が正常時と大きく異なるため、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動を見ればサーモスタットが正常か故障かを判別可能である。
【0015】
そこで、請求項1では、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の各々の温度変化率に基づいてサーモスタットの開故障の有無を診断するようにする。
つまり、図5に示すように、開故障時と正常時とでは、エンジン側/ラジエータ側の冷却水温の温度変化率が異なるため、エンジン側/ラジエータ側の冷却水温の温度変化率から、サーモスタットが正常に閉じているか、開き放しの開故障であるか否かを精度良く判別することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
[実施形態(1)]
以下、本発明の実施形態(1)を図1乃至図6に基づいて説明する。まず、図1に基づいてエンジン11の冷却系全体の概略構成を説明する。エンジン11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12が設けられ、このウォータジャケット12内に冷却水が注入されている。このウォータジャケット12の出口部にはサーモスタット13が設けられ、このサーモスタット13を通過する高温の冷却水が冷却水循環路14を介してラジエータ15に送られる。このラジエータ15で放熱して温度低下した冷却水は、冷却水循環路16を介してウォータジャケット12内に戻される。従って、サーモスタット13の開弁時には、冷却水がウォータジャケット12→サーモスタット13→冷却水循環路14→ラジエータ15→冷却水循環路16→ウォータジャケット12という経路で循環し、エンジン11を適温に冷却する。
【0023】
また、ウォータジャケット12の入口部にはウォータポンプ17が設けられ、このウォータポンプ17がラジエータ15の後方に設置された冷却ファン18と連結され、これらウォータポンプ17と冷却ファン18とがベルト19を介して伝達されるエンジン動力によって一体的に回転駆動される。ウォータポンプ17の回転により上記冷却水循環経路での冷却水の循環を促進し、冷却ファン18の回転によりラジエータ15の放熱効果を高め、ラジエータ15内の冷却水の冷却を促進する。
【0024】
エンジン11のシリンダブロックには、サーモスタット13よりもエンジン11側の冷却水循環経路であるウォータジャケット12内の冷却水温(エンジン側冷却水温)を検出するエンジン側冷却水温センサ20(エンジン側冷却水温検出手段)が設けられている。尚、エンジン側冷却水温センサ20の取付位置は、サーモスタット13よりもエンジン11側の冷却水循環経路であれば良く、例えばウォータジャケット12のシリンダヘッド側の部分に取り付けても良い。
【0025】
また、サーモスタット13よりもラジエータ15側の冷却水循環路14の途中には、ラジエータ11側に送られる冷却水温(ラジエータ側冷却水温)を検出するラジエータ側冷却水温センサ21(ラジエータ側冷却水温検出手段)が設けられている。尚、ラジエータ側冷却水温センサ21の取付位置は、サーモスタット13よりもラジエータ15側の冷却水循環経路であれば良く、例えばラジエータ15に取り付けても良い。
【0026】
これらエンジン側/ラジエータ側の両冷却水温センサ20,21の出力信号は電子制御装置22(以下「ECU」と略記する)に取り込まれる。このECU22は、マイクロコンピュータを主体として構成され、エンジン制御とサーモスタット故障診断とを行う。尚、ECU22は、エンジン制御用ECUとサーモスタット故障診断用ECUとに分離された2つのECUから構成しても良いし、1つのECUでエンジン制御とサーモスタット故障診断の双方を行うようにしても良い。
【0027】
ECU22には、エンジン制御やサーモスタット故障診断を行うための情報として、上述した両冷却水温センサ20,21からの冷却水温信号の他、エンジン回転数センサ23からのエンジン回転数信号、吸気量センサ24からの吸気量信号、吸気温センサ25からの吸気温信号、車速センサ26からの車速信号が読み込まれ、更に、空調装置27のブロワモータの作動状態を示す信号も読み込まれる。このECU22には、サーモスタット13の故障を検出したときにそれを警告する警告手段である警告ランプ28と、サーモスタット13の故障情報を記憶する書込み可能な不揮発性メモリであるバックアップRAM29が接続されている。このバックアップRAM29は、エンジン停止中もバッテリ(図示せず)から電源が供給され、故障情報の記憶を保持し、修理・点検時に故障情報を読み出せるようになっている。
【0028】
ECU22に内蔵されたROM(記憶媒体)には、図2乃至図4に示すサーモスタット故障診断用の各プログラムが記憶され、これらのプログラムを実行することで、サーモスタット13の開故障と閉故障の有無を診断する。以下、各プログラムの処理内容について説明する。
【0029】
図2は、サーモスタット故障診断全体の処理を統括する故障診断メインプログラムである。本プログラムは、特許請求の範囲でいう故障診断手段としての役割を果たし、イグニッションスイッチ(図示せず)のオン後に所定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し起動される。本プログラムが起動されると、まずステップ100で、後述する図3に示す開故障診断プログラムを実行し、サーモスタット13が開き放しになる開故障が発生したか否かを診断する。この後、ステップ200で、後述する図4に示す閉故障診断プログラムを実行し、サーモスタット13が閉じ放しになる閉故障が発生したか否かを診断し、本プログラムを終了する。
【0030】
ここで、図3の開故障診断プログラムによる開故障の診断方法について図5のタイムチャートを用いて説明する。図5は、開故障が発生したときのエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動を正常時と比較して示したものである。エンジン11が冷えた状態で始動する冷間始動時には、サーモスタット13が正常であれば閉弁しているため、冷却水の循環が停止されて、エンジン側冷却水温の上昇が促進されるが、ラジエータ側冷却水温はほとんど上昇しないため、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時間経過とともに拡大する。これに対し、開故障が発生すると、冷間始動時でも、始動当初からラジエータ15内の冷えた冷却水がエンジン11のウォータジャケット12内に循環されてしまうため、始動後の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正常時よりもかなり小さくなる。
【0031】
この点に着目し、図3の開故障診断プログラムでは、冷間始動後の所定期間の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大きいか小さいかによってサーモスタットが正常に閉じているか、開故障であるか否かを判別する。具体的には、まずステップ101で、始動時のエンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の閉弁温度以下であるか否かによって冷間始動か否かを判定し、冷間始動時でなければ、開故障の診断を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0032】
ここで、開故障の診断を冷間始動時に行う理由は、冷間始動当初は、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温とがほぼ同一若しくは近い温度であるため、冷間始動後にエンジン側冷却水温Te がサーモスタット13の開弁温度に達するまでの期間は、開故障時と正常時の冷却水温の上昇具合が大きく異なり、他の運転期間と比較して開故障を検出しやすいためである。
【0033】
前記ステップ101で、冷間始動と判定された場合には、ステップ102に進み、開故障診断条件が成立しているか否かを判定する。ここで、開故障診断条件は、▲1▼エンジン側冷却水温センサ20及びラジエータ側冷却水温センサ21の双方が正常であること、▲2▼冷間始動から所定時間経過後であること(但し、所定時間は冷間始動後にエンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の開弁温度に達するまでの時間以内に設定される)、▲3▼エンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の開弁温度よりも低いことであり、これら▲1▼〜▲3▼の条件を全て満たしたときに開故障診断条件が成立する。
ここで、上記条件▲1▼(両冷却水温センサ20,21が正常であること)は、例えば冷却水温センサ20,21の出力電圧が所定範囲内であるか否かによって判定される。また、上記条件▲2▼(冷間始動から所定時間経過後)は、開故障時と正常時とで冷却水温の挙動に明確な相違が現れるまでに必要な時間的条件である。また、上記条件▲3▼(エンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の開弁温度よりも低いこと)は、エンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の開弁温度を越えるとサーモスタット13が開弁してしまうため、開故障を判別しにくくなるためである。
【0034】
上記ステップ102で、上記条件▲1▼〜▲3▼のいずれか1つでも満たさない場合には、開故障診断条件が不成立となり、開故障の診断を行うことなく、本プログラムを終了する。上記条件▲1▼(両冷却水温センサ20,21が正常であること)の判定を含むステップ102の処理は、特許請求の範囲でいう故障診断禁止手段としての役割を果たす。
【0035】
これに対し、上記▲1▼〜▲3▼の条件が全て満たされて開故障診断条件が成立していれば、ステップ103に進み、エンジン側冷却水温Teとラジエータ側冷却水温Trとの温度差(Te−Tr)を算出し、次のステップ104で、この温度差(Te−Tr)から開故障を判定するための開故障判定基準値αを、エンジン11の発熱量や冷却水の放熱量を左右するパラメータである、吸気量Q、エンジン回転数Ne 、吸気温、車速、空調装置27のブロワモータの作動状態のうちの少なくとも1つをパラメータとしてマップ又は関数式により算出する。
【0036】
この後、ステップ105で、エンジン側冷却水温Teとラジエータ側冷却水温Trとの温度差(Te−Tr)を開故障判定基準値αと比較し、温度差(Te−Tr)が開故障判定基準値α以上のときには、ステップ106に進み、サーモスタット13が正常に開いていると判定して本プログラムを終了する。
【0037】
これに対し、エンジン側冷却水温Teとラジエータ側冷却水温Trとの温度差(Te−Tr)が開故障判定基準値αよりも小さいときには、ステップ107に進み、サーモスタット13が開故障と判定し、次のステップ108で、警告ランプ28を点灯又は点滅して、運転者に警告すると共に、バックアップRAM29に開故障の情報を記憶して本プログラムを終了する。
【0038】
以上説明した図3の開故障診断プログラムは、特許請求の範囲でいう開故障診断手段としての役割を果たす。
【0039】
次に、図4の閉故障診断プログラムによる閉故障の診断方法について図6のタイムチャートを用いて説明する。図6は、サーモスタット13が閉じ放しになる閉故障が発生したときのエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動を正常時と比較して示したものである。エンジン側冷却水温がサーモスタット開弁温度を越えたときには、サーモスタット13が正常であれば開弁して、ラジエータ側の冷えた冷却水がエンジン11側へ循環され、エンジン側冷却水温が低下し、ラジエータ側冷却水温が上昇するため、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時間経過とともに小さくなる。これに対し、閉故障が発生したときには、エンジン側冷却水温がサーモスタット開弁温度を越えても、サーモスタット13が開弁せず、冷却水の循環が行われずに、エンジン側冷却水温が上昇し続けるが、ラジエータ側冷却水温はあまり上昇しないため、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時間経過とともに益々大きくなる。
【0040】
この点に着目し、図4の閉故障診断プログラムでは、冷間始動してからエンジン側冷却水温がサーモスタット13の開弁温度に達した後の所定期間に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大きいか小さいかによってサーモスタットが正常に開いているか、閉故障であるか否かを判別する。具体的には、まずステップ201で、始動時のエンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の閉弁温度以下であるか否かによって冷間始動か否かを判定し、冷間始動時でなければ、閉故障の診断を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0041】
これに対し、ステップ201で、冷間始動と判定された場合には、ステップ202に進み、閉故障診断条件が成立しているか否かを判定する。ここで、閉故障診断条件は、▲1▼エンジン側冷却水温センサ20及びラジエータ側冷却水温センサ21の双方が正常であること、▲2▼エンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の開弁温度を越えてから所定時間経過していること、▲3▼エンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の閉弁温度よりも高いことであり、これら▲1▼〜▲3▼の条件を全て満たしたときに閉故障診断条件が成立する。
【0042】
ここで、上記条件▲2▼(サーモスタット13の開弁温度を越えてから所定時間経過後)は、閉故障時と正常時とで冷却水温Te,Trの挙動に明確な相違が現れるまでに必要な時間的条件である。また、上記条件▲3▼(エンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の閉弁温度よりも高いこと)は、エンジン側冷却水温Teがサーモスタット13の閉弁温度以下になるとサーモスタット13が閉弁してしまうため、閉故障を判別しにくくなるためである。
【0043】
上記ステップ202で、上記条件▲1▼〜▲3▼のいずれか1つでも満たさない場合には、閉故障診断条件が不成立となり、閉故障の診断を行うことなく、本プログラムを終了する。
【0044】
これに対し、上記▲1▼〜▲3▼の条件が全て満たされて閉故障診断条件が成立していれば、ステップ203に進み、エンジン側冷却水温Teとラジエータ側冷却水温Trとの温度差(Te−Tr)を算出し、次のステップ204で、この温度差(Te−Tr)から閉故障を判定するための閉故障判定基準値βを、エンジン11の発熱量や冷却水の放熱量を左右するパラメータである、吸気量Q、エンジン回転数Ne、吸気温、車速、空調装置27のブロワモータの作動状態のうちの少なくとも1つをパラメータとしてマップ又は関数式により算出する。
【0045】
この後、ステップ205で、エンジン側冷却水温Teとラジエータ側冷却水温Trとの温度差(Te−Tr)を閉故障判定基準値βと比較し、温度差(Te−Tr)が閉故障判定基準値β以下のときには、ステップ206に進み、サーモスタット13が正常に閉じていると判定して本プログラムを終了する。
【0046】
これに対し、エンジン側冷却水温Teとラジエータ側冷却水温Trとの温度差(Te−Tr)が閉故障判定基準値βよりも大きいときには、ステップ207に進み、サーモスタット13が閉故障と判定し、次のステップ208で、警告ランプ28を点灯又は点滅して、運転者に警告すると共に、バックアップRAM29に閉故障の情報を記憶して本プログラムを終了する。尚、本プログラムは、特許請求の範囲でいう閉故障診断手段としての役割を果たす。
【0047】
以上説明した実施形態(1)によれば、エンジン側冷却水温センサ20とラジエータ側冷却水温センサ21により検出したエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温とに基づいて、従来では検出できなかったサーモスタット13の故障を検出できるので、サーモスタット13の故障による燃費悪化、エミッション増加、オーバーヒートを未然に防止できる。しかも、エンジン側冷却水温センサ20は、従来のエンジンにも設けられていたエンジン制御用の水温センサを使用すれば良いので、従来のエンジン制御システムにラジエータ側冷却水温センサ21を新たに追加するだけで良く、比較的構成が簡単で、コストアップも少なくて済み、低コスト化の要求も満たすことができる。
【0048】
更に、この実施形態(1)では、故障判定基準値を設定する際に、エンジン11の発熱量や冷却水の放熱量を左右するパラメータである、吸気量Q、エンジン回転数Ne 、吸気温、車速、空調装置27のブロワモータの作動状態のうちの少なくとも1つをパラメータとして故障判定基準値を算出するようにしたので、エンジン11の発熱量や冷却水の放熱量を考慮した故障判定が可能となり、その分、故障診断精度を向上することができる。
【0049】
[実施形態(2)]
前記実施形態(1)では、サーモスタット13の開故障と閉故障の診断を、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に基づいて行ったが、図7及び図8に示す実施形態(2)では、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の各々の温度変化率に基づいてサーモスタット13の開故障と閉故障の診断を次のようにして行う。
【0050】
図7に示す開故障診断プログラムでは、図3と同じく、冷間始動時で且つ開故障診断条件が成立しているときに、ステップ103a以降の開故障の診断処理を実行する(ステップ101,102)。開故障診断条件は、前記実施形態(1)と同じである。開故障の診断を行う場合には、まずステップ103aで、エンジン側冷却水温変化率ΔTe を、前回のエンジン側冷却水温Te(i−1)と今回のエンジン側冷却水温Te(i)との差の絶対値で求めると共に、ラジエータ側冷却水温変化率ΔTr を、前回のラジエータ側冷却水温Tr(i−1)と今回のラジエータ側冷却水温Tr(i)との差の絶対値で求める。
【0051】
この後、ステップ104aで、エンジン側冷却水温変化率ΔTeから開故障を判定するための開故障判定基準値γと、ラジエータ側冷却水温変化率ΔTrから開故障を判定するための開故障判定基準値δを、エンジン11の発熱量や冷却水の放熱量を左右するパラメータである、吸気量Q、エンジン回転数Ne、吸気温、車速、空調装置27のブロワモータの作動状態のうちの少なくとも1つをパラメータとしてマップ又は関数式により算出する。
【0052】
この後、ステップ105aで、エンジン側冷却水温変化率ΔTeが開故障判定基準値γ以上で、且つラジエータ側冷却水温変化率ΔTrが開故障判定基準値δ以下であるか否かを判定し、ΔTe ≧γとΔTr ≦δの双方の条件を満たしていれば、ステップ106に進み、サーモスタット13が正常に開いていると判定して本プログラムを終了する。
【0053】
これに対し、ΔTe ≧γとΔTr ≦δのいずれか一方でも条件を満たさないときには、ステップ107に進み、サーモスタット13が開故障と判定し、次のステップ108で、警告ランプ28を点灯又は点滅して運転者に警告すると共に、バックアップRAM29に開故障の情報を記憶して本プログラムを終了する。
【0054】
一方、図8に示す閉故障診断プログラムでは、図4と同じく、冷間始動時で且つ閉故障診断条件が成立しているときに、ステップ203a以降の閉故障の診断処理を実行する(ステップ201,202)。閉故障診断条件は前記実施形態(1)と同じである。閉故障の診断を行う場合には、まずステップ203aで、エンジン側冷却水温変化率ΔTeを、前回のエンジン側冷却水温Te(i−1)と今回のエンジン側冷却水温Te(i)との差の絶対値で求めると共に、ラジエータ側冷却水温変化率ΔTrを、前回のラジエータ側冷却水温Tr(i−1)と今回のラジエータ側冷却水温Tr(i)との差の絶対値で求める。
【0055】
この後、ステップ204aで、エンジン側冷却水温変化率ΔTeとラジエータ側冷却水温変化率ΔTr との比ΔTe /ΔTr から閉故障を判定するための閉故障判定基準値εを、エンジン11の発熱量や冷却水の放熱量を左右するパラメータである、吸気量Q、エンジン回転数Ne、吸気温、車速、空調装置27のブロワモータの作動状態のうちの少なくとも1つをパラメータとしてマップ又は関数式により算出する。
【0056】
この後、ステップ205aで、エンジン側冷却水温変化率ΔTeとラジエータ側冷却水温変化率ΔTr との比ΔTe /ΔTr を閉故障判定基準値εと比較し、ΔTe /ΔTr ≦εであれば、ステップ206に進み、サーモスタット13が正常に閉じていると判定して本プログラムを終了する。
【0057】
これに対し、ΔTe /ΔTr >εの場合には、ステップ207に進み、サーモスタット13が閉故障と判定し、次のステップ208で、警告ランプ28を点灯又は点滅して、運転者に警告すると共に、バックアップRAM29に閉故障の情報を記憶して本プログラムを終了する。
【0058】
[その他の実施形態]
前記実施形態(1),(2)では、サーモスタット13の開故障の診断を冷間始動後の所定時間経過後に行うようにしたが、開弁状態のサーモスタット13が閉弁した後(図5のT2以後)の所定時間経過後に開故障を診断するようにしても良い。要は、サーモスタット12が正常であれば閉じている温度領域で、開故障の診断を行うようにすれば良い。また、故障判定基準値を算出する際に用いるパラメータとして、吸気量に代えて吸気管圧力を用いても良く、また、吸気温に代えて外気温を用いても良い。
【0059】
また、図1のシステム構成例では、ラジエータ15を冷却する冷却ファン18をエンジン11の動力によって回転駆動するようにしたが、電動モータを駆動源とする電動ファンを用いるようにしても良い。また、ラジエータ15の取付位置はウォータジャケット12の出口部に限定されず、ウォータジャケット12の入口部等、他の部分であっても良い。
【0060】
また、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動は、ウォータポンプ17、冷却ファン18、空調装置27のブロワモータの故障によっても影響を受けるため、エンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温からウォータポンプ17、冷却ファン18、空調装置27のブロワモータの故障も診断するようにしても良い。また、エンジン側冷却水温センサ20の故障時には、ラジエータ側冷却水温センサ21の出力信号をエンジン制御情報として用いるようにしても良い。
【0061】
その他、本発明は、開故障診断プログラムと閉故障診断プログラムのいずれか一方のみを実施するようにしても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態(1)におけるエンジン冷却系全体の構成を示す図
【図2】サーモスタット故障診断メインプログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図3】実施形態(1)の開故障診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図4】実施形態(1)の閉故障診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図5】サーモスタットが開き放しになる開故障が発生したときのエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動を正常時と比較して示したタイムチャート
【図6】サーモスタットが閉じ放しになる閉故障が発生したときのエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の挙動を正常時と比較して示したタイムチャート
【図7】実施形態(2)の開故障診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図8】実施形態(2)の閉故障診断プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【符号の説明】
11…エンジン
12…ウォータジャケット
13…サーモスタット
14…冷却水循環路
15…ラジエータ
16…冷却水循環路
18…冷却ファン
20…エンジン側冷却水温センサ(エンジン側冷却水温検出手段)
21…ラジエータ側冷却水温センサ(ラジエータ側冷却水温検出手段)
22…ECU(故障診断手段,開故障診断手段,閉故障診断手段,故障診断禁止手段)
23…エンジン回転数センサ
24…吸気量センサ
25…吸気温センサ
26…車速センサ
27…空調装置
28…警告ランプ(警告手段)
29…バックアップRAM[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermostat failure detection device for an engine cooling system that detects the presence or absence of a failure of a thermostat that adjusts the temperature of cooling water of an engine.
[0002]
[Prior art]
Generally, in a water-cooled engine, a thermostat that automatically opens and closes according to the cooling water temperature is provided in a cooling water circulation path that circulates the cooling water between a cooling water passage (water jacket) in the engine and a radiator, and starts the engine. Until the warm-up operation is completed later, the thermostat is closed and the circulation of the cooling water is stopped, and the engine-side cooling water temperature is quickly raised to an appropriate temperature range to improve fuel consumption and reduce emissions, and to cool the engine side. When the water temperature exceeds the appropriate temperature range, the thermostat is automatically opened, and the cooling water on the radiator side is circulated to the engine side to reduce the cooling water temperature on the engine side to the appropriate temperature range ( For example, JP-A-58-008225).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 58-008225 A (2nd page, etc.)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the failure modes of the thermostat include an open failure in which the thermostat is opened and a closed failure in which the thermostat is opened. If an open failure occurs, the cooling water in the radiator will be circulated in the engine from the beginning even during a cold start when the engine is cold. This hinders the warming up of the engine, leading to a deterioration in fuel consumption and an increase in emissions. In addition, when a closed failure occurs, even if the coolant temperature on the engine side exceeds the appropriate temperature range, the cooled coolant on the radiator side is not circulated to the engine side, so the engine coolant temperature continues to rise and the engine There is a risk of overheating. Therefore, when a thermostat failure occurs, it is desirable to immediately detect it and alert the driver.
[0005]
As a known technique for detecting a failure in the engine cooling system, as shown in JP-A-4-19329, water temperature sensors are provided at the inlet and the outlet of the radiator, respectively, and the radiator is based on the inlet water temperature and the outlet water temperature of the radiator. There is one that detects the deterioration of the radiator by evaluating the heat dissipation performance of the radiator. Since the thermostat automatically opens and closes according to the coolant temperature on the engine side, even if the coolant temperature on the radiator side that is unrelated to the opening and closing operation of the thermostat is detected at two locations as in the above-described known technology. A thermostat failure cannot be detected. In addition, two temperature sensors must be newly provided on the radiator side, and there is a disadvantage that the cost increases accordingly.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances. Accordingly, the object of the present invention is to provide a thermostat failure detection device for an internal combustion engine cooling system capable of accurately detecting a failure of a thermostat with a relatively inexpensive means. There is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
First, in order to facilitate understanding of the present invention, the behavior of the cooling water temperature when the thermostat fails will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
[0008]
FIG. 5 shows the behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature when an open failure occurs in which the thermostat is left open, compared with the normal time. At cold start, if the thermostat is normal, the valve is closed, so the circulation of the cooling water is stopped and the rise of the engine side cooling water temperature is promoted, and the radiator side cooling water temperature hardly rises, but an open failure occurs. If this occurs, the cooling water in the radiator will be circulated in the engine from the beginning even during a cold start, so the increase in the engine-side cooling water temperature after the start is delayed, while the radiator-side cooling water temperature is Begin to rise from.
[0009]
Also, after the warm-up is completed (after opening the thermostat), if the engine-side cooling water temperature falls below the thermostat valve closing temperature, if the thermostat is normal, the engine is closed and circulation of the cooling water is stopped. The side cooling water temperature rises again and the radiator side cooling water temperature decreases, but in the event of an open failure, the cooling water continues to circulate without closing the thermostat and the engine side cooling water temperature continues to decrease, while the radiator side cooling water temperature Will rise.
[0010]
FIG. 6 shows the behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature when a closed failure occurs in which the thermostat is closed and closed compared with the normal time. When the engine-side coolant temperature exceeds the thermostat valve opening temperature, if the thermostat is normal, the valve is opened and the radiator-side cooled coolant is circulated to the engine side, the engine-side coolant temperature decreases, and the radiator-side coolant is cooled. Although the water temperature rises, at the time of a closed failure, the thermostat does not open, the cooling water circulation is not performed, and the engine side cooling water temperature continues to rise, while the radiator side cooling water temperature does not rise very much.
[0011]
In this way, when the thermostat fails, the behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature is significantly different from the normal state, so the behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature can be determined to determine whether the thermostat is normal or failure. Is possible.
[0015]
there , Claims 1 Then, the presence or absence of a thermostat open failure is diagnosed based on the temperature change rate of each of the engine side cooling water temperature and the radiator side cooling water temperature.
That is, as shown in FIG. 5, the temperature change rate of the cooling water temperature on the engine side / radiator side is different between the open failure time and the normal time, so the thermostat is calculated from the temperature change rate of the cooling water temperature on the engine side / radiator side. It is possible to accurately determine whether it is normally closed or an open failure.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment (1)]
Hereinafter, an embodiment (1) of the present invention will be described with reference to FIGS. First, a schematic configuration of the entire cooling system of the engine 11 will be described with reference to FIG. A
[0023]
In addition, a water pump 17 is provided at the inlet of the
[0024]
The cylinder block of the engine 11 includes an engine-side cooling water temperature sensor 20 (engine-side cooling water temperature detecting means) that detects a cooling water temperature (engine-side cooling water temperature) in the
[0025]
A radiator side cooling water temperature sensor 21 (radiator side cooling water temperature detecting means) for detecting a cooling water temperature (radiator side cooling water temperature) sent to the radiator 11 side in the middle of the cooling
[0026]
Output signals of both the engine side / radiator side cooling water temperature sensors 20, 21 are taken into an electronic control unit 22 (hereinafter abbreviated as "ECU"). The ECU 22 is mainly composed of a microcomputer, and performs engine control and thermostat failure diagnosis. The ECU 22 may be composed of two ECUs separated into an engine control ECU and a thermostat failure diagnosis ECU, or a single ECU may perform both engine control and thermostat failure diagnosis. .
[0027]
In the ECU 22, as information for performing engine control and thermostat failure diagnosis, in addition to the cooling water temperature signals from both the cooling water temperature sensors 20, 21, the engine speed signal from the
[0028]
The ROM (storage medium) built in the ECU 22 stores each program for thermostat failure diagnosis shown in FIGS. 2 to 4, and by executing these programs, the thermostat 13 is opened or closed. Diagnose. The processing contents of each program will be described below.
[0029]
FIG. 2 is a failure diagnosis main program that supervises the entire thermostat failure diagnosis process. This program serves as a failure diagnosis means in the claims, and is repeatedly activated every predetermined time or every predetermined crank angle after an ignition switch (not shown) is turned on. When this program is started, first, in step 100, an open failure diagnosis program shown in FIG. 3 to be described later is executed to diagnose whether an open failure has occurred in which the thermostat 13 is left open. Thereafter, in
[0030]
Here, an open failure diagnosis method using the open failure diagnosis program of FIG. 3 will be described with reference to the time chart of FIG. FIG. 5 shows the behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature when an open failure occurs in comparison with the normal time. When the engine 11 is started in a cold state, when the thermostat 13 is normal, the valve is closed, so that the circulation of the cooling water is stopped and the rise of the engine-side cooling water temperature is promoted. Since the side cooling water temperature hardly rises, the temperature difference between the engine side cooling water temperature and the radiator side cooling water temperature increases with time. On the other hand, when an open failure occurs, the cold cooling water in the radiator 15 is circulated in the
[0031]
Focusing on this point, in the open failure diagnosis program of FIG. 3, whether the thermostat is normally closed depending on whether the temperature difference between the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature in the predetermined period after the cold start is large or small, It is determined whether or not there is an open failure. Specifically, first, in
[0032]
Here, the reason for performing the open failure diagnosis at the cold start is that the engine side coolant temperature and the radiator side coolant temperature are substantially the same or close to each other at the beginning of the cold start. This is because the period of time until Te reaches the valve opening temperature of the thermostat 13 is largely different from that of the cooling water temperature at the time of the open failure and at the normal time, and it is easy to detect the open failure compared to other operation periods.
[0033]
If it is determined in
Here, the condition (1) (both cooling water temperature sensors 20, 21 are normal) is determined by, for example, whether the output voltages of the cooling water temperature sensors 20, 21 are within a predetermined range. The above condition (2) (after a predetermined time has elapsed since the cold start) is a time condition necessary until a clear difference appears in the behavior of the cooling water temperature between the open failure and the normal time. The above condition (3) (the engine-side cooling water temperature Te is lower than the valve opening temperature of the thermostat 13) is that when the engine-side cooling water temperature Te exceeds the valve opening temperature of the thermostat 13, the thermostat 13 opens. This is because it becomes difficult to determine an open failure.
[0034]
If any one of the above conditions (1) to (3) is not satisfied in
[0035]
On the other hand, if all of the above conditions (1) to (3) are satisfied and the open failure diagnosis condition is satisfied, the process proceeds to step 103 where the temperature difference between the engine side cooling water temperature Te and the radiator side cooling water temperature Tr is reached. (Te−Tr) is calculated, and in the
[0036]
Thereafter, in
[0037]
On the other hand, when the temperature difference (Te−Tr) between the engine-side cooling water temperature Te and the radiator-side cooling water temperature Tr is smaller than the open failure determination reference value α, the routine proceeds to step 107, where it is determined that the thermostat 13 is an open failure. In the
[0038]
The open failure diagnosis program of FIG. 3 described above plays a role as an open failure diagnosis means in the claims.
[0039]
Next, a closed failure diagnosis method using the closed failure diagnosis program of FIG. 4 will be described with reference to the time chart of FIG. FIG. 6 shows the behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature when a closed failure occurs that causes the thermostat 13 to be closed and closed as compared with the normal time. When the engine-side coolant temperature exceeds the thermostat valve opening temperature, if the thermostat 13 is normal, the valve is opened, and the cooled coolant on the radiator side is circulated to the engine 11 side, the engine-side coolant temperature is lowered, and the radiator Since the side cooling water temperature rises, the temperature difference between the engine side cooling water temperature and the radiator side cooling water temperature decreases with time. On the other hand, when a closed failure occurs, even if the engine-side coolant temperature exceeds the thermostat valve opening temperature, the thermostat 13 does not open and the coolant is not circulated, and the engine-side coolant temperature continues to rise. However, since the radiator-side cooling water temperature does not rise so much, the temperature difference between the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature increases with time.
[0040]
Focusing on this point, in the closed failure diagnosis program of FIG. 4, the engine side cooling water temperature and the radiator side cooling water temperature are set for a predetermined period after the engine side cooling water temperature reaches the valve opening temperature of the thermostat 13 after the cold start. It is determined whether the thermostat is normally open or a closed failure depending on whether the temperature difference is large or small. Specifically, first, in
[0041]
On the other hand, if it is determined in
[0042]
Here, the above condition (2) (after a predetermined time has elapsed after the valve opening temperature of the thermostat 13 is exceeded) is necessary until a clear difference appears in the behavior of the cooling water temperatures Te and Tr between the time of closing failure and the time of normal operation. It is a time condition. The above condition (3) (the engine-side cooling water temperature Te is higher than the valve closing temperature of the thermostat 13) is that the thermostat 13 is closed when the engine-side cooling water temperature Te becomes equal to or lower than the valve closing temperature of the thermostat 13. This is because it becomes difficult to determine a closed failure.
[0043]
If any one of the above conditions (1) to (3) is not satisfied in
[0044]
On the other hand, if all of the above conditions (1) to (3) are satisfied and the closed failure diagnosis condition is satisfied, the process proceeds to step 203 and the temperature difference between the engine side cooling water temperature Te and the radiator side cooling water temperature Tr. (Te−Tr) is calculated, and in the
[0045]
Thereafter, in
[0046]
On the other hand, when the temperature difference (Te−Tr) between the engine-side cooling water temperature Te and the radiator-side cooling water temperature Tr is larger than the closing failure determination reference value β, the process proceeds to step 207, where it is determined that the thermostat 13 is a closing failure. In the
[0047]
According to the embodiment (1) described above, based on the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature detected by the engine-side cooling water temperature sensor 20 and the radiator-side cooling water temperature sensor 21, the thermostat 13 that could not be detected conventionally. Therefore, it is possible to prevent deterioration in fuel consumption, increase in emissions, and overheating due to the failure of the thermostat 13. In addition, the engine-side cooling water temperature sensor 20 may be an engine control water temperature sensor that is also provided in a conventional engine. Therefore, a radiator-side cooling water temperature sensor 21 is newly added to the conventional engine control system. The structure is relatively simple, the cost increase is small, and the demand for cost reduction can be satisfied.
[0048]
Furthermore, in this embodiment (1), when setting the failure determination reference value, parameters that affect the heat generation amount of the engine 11 and the heat dissipation amount of the cooling water are the intake air amount Q, the engine speed Ne, the intake air temperature, Since the failure determination reference value is calculated using at least one of the vehicle speed and the operating state of the blower motor of the
[0049]
[Embodiment (2)]
In the embodiment (1), the diagnosis of the open failure and the close failure of the thermostat 13 is performed based on the temperature difference between the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature. However, the embodiment shown in FIGS. In 2), the opening failure and the closing failure of the thermostat 13 are diagnosed as follows based on the respective temperature change rates of the engine side cooling water temperature and the radiator side cooling water temperature.
[0050]
In the open failure diagnosis program shown in FIG. 7, as in FIG. 3, the open failure diagnosis process after
[0051]
Thereafter, in step 104a, an open failure determination reference value γ for determining an open failure from the engine side cooling water temperature change rate ΔTe and an open failure determination reference value for determining an open failure from the radiator side cooling water temperature change rate ΔTr. δ is a parameter that determines the heat generation amount of the engine 11 or the heat dissipation amount of the cooling water, and is at least one of the intake air amount Q, the engine speed Ne, the intake air temperature, the vehicle speed, and the operating state of the blower motor of the
[0052]
Thereafter, in
[0053]
On the other hand, when either ΔTe ≧ γ or ΔTr ≦ δ does not satisfy the condition, the routine proceeds to step 107 where it is determined that the thermostat 13 is an open failure, and the warning
[0054]
On the other hand, in the closed fault diagnostic program shown in FIG. 8, as in FIG. 4, when the cold fault is started and the closed fault diagnostic condition is satisfied, the closed fault diagnostic process after
[0055]
Thereafter, in
[0056]
Thereafter, in
[0057]
On the other hand, if ΔTe / ΔTr> ε, the routine proceeds to step 207, where it is determined that the thermostat 13 is a closed failure, and in the
[0058]
[Other Embodiments]
In the embodiments (1) and (2), the diagnosis of the open failure of the thermostat 13 is performed after a predetermined time has elapsed since the cold start, but after the opened thermostat 13 is closed (see FIG. 5). An open failure may be diagnosed after a predetermined time elapses after T2. In short, if the
[0059]
In the system configuration example of FIG. 1, the cooling
[0060]
The behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature is also affected by the failure of the blower motor of the water pump 17, the cooling
[0061]
In addition, the present invention can be implemented with various modifications within a range not departing from the gist, such as executing only one of the open failure diagnosis program and the closed failure diagnosis program.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an entire engine cooling system in an embodiment (1) of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing of a thermostat failure diagnosis main program.
FIG. 3 is a flowchart showing a process flow of an open fault diagnosis program according to the embodiment (1).
FIG. 4 is a flowchart showing a processing flow of a closed fault diagnosis program according to the embodiment (1).
FIG. 5 is a time chart showing the behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature when an open failure occurs in which the thermostat is left open, compared with normal time.
FIG. 6 is a time chart showing the behavior of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature when a closed failure occurs in which the thermostat is closed and closed compared with normal time.
FIG. 7 is a flowchart showing a process flow of an open fault diagnosis program according to the embodiment (2).
FIG. 8 is a flowchart showing a processing flow of a closed fault diagnosis program according to the embodiment (2).
[Explanation of symbols]
11 ... Engine
12 ... Water jacket
13 ... Thermostat
14 ... Cooling water circuit
15 ... Radiator
16 ... Cooling water circuit
18 ... Cooling fan
20 ... Engine-side cooling water temperature sensor (engine-side cooling water temperature detection means)
21 ... Radiator side cooling water temperature sensor (radiator side cooling water temperature detecting means)
22 ... ECU (failure diagnosis means, open failure diagnosis means, closed failure diagnosis means, failure diagnosis prohibition means)
23. Engine speed sensor
24. Intake amount sensor
25 ... Intake air temperature sensor
26 ... Vehicle speed sensor
27 ... Air conditioner
28 ... Warning lamp (Warning means)
29 ... Backup RAM
Claims (1)
前記サーモスタットよりも前記エンジン側の冷却水循環経路の冷却水温(以下「エンジン側冷却水温」という)を検出するエンジン側冷却水温検出手段と、
前記サーモスタットよりも前記ラジエータ側の冷却水循環経路の冷却水温(以下「ラジエータ側冷却水温」という)を検出するラジエータ側冷却水温検出手段と、
前記エンジン側及び前記ラジエータ側の両冷却水温検出手段によって検出したエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温とに基づいて前記サーモスタットの故障の有無を診断する故障診断手段とを備え、
前記故障診断手段は、前記サーモスタットが正常であれば閉じている温度領域で、該サーモスタットが閉じずに開き放しになる故障(以下「開故障」という)の有無を診断する開故障診断手段であり、該開故障診断手段は、前記エンジン側及び前記ラジエータ側の両冷却水温検出手段によって検出したエンジン側冷却水温とラジエータ側冷却水温の各々の温度変化率に基づいて前記サーモスタットの開故障の有無を診断することを特徴とするエンジン冷却系のサーモスタット故障検出装置。A thermostat failure detection device for an internal combustion engine cooling system for detecting a failure of a thermostat provided between the engine and a radiator in a circulation path of cooling water for cooling the engine,
Engine-side cooling water temperature detecting means for detecting a cooling water temperature in the cooling water circulation path on the engine side from the thermostat (hereinafter referred to as “engine-side cooling water temperature”);
A radiator side cooling water temperature detecting means for detecting a cooling water temperature of the cooling water circulation path on the radiator side of the thermostat (hereinafter referred to as “radiator side cooling water temperature”);
Failure diagnosis means for diagnosing the presence or absence of a failure of the thermostat based on the engine side cooling water temperature detected by both the engine side and radiator side cooling water temperature detection means and the radiator side cooling water temperature;
The failure diagnosing means is an open failure diagnosing means for diagnosing the presence or absence of a failure (hereinafter referred to as “open failure”) that the thermostat is not closed and opens in a closed temperature range if the thermostat is normal. The open failure diagnosing means determines whether the thermostat is open or not based on the temperature change rates of the engine-side cooling water temperature and the radiator-side cooling water temperature detected by both the engine-side and radiator-side cooling water temperature detecting means. An engine cooling system thermostat failure detection device characterized by diagnosing.
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