JP3811242B2 - 開閉弁の自己診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体が流通する流体流通路に設けられ、前記流体流通路を流れる流体の流れを制御する開閉弁が、流体の温度の変化に応じて正常に作動しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液冷形の自動車用のエンジン（内燃機関）の冷却系に使用される開閉弁としての自己温度感知形のサーモスタットは、流体である冷却水の温度が所定温度（例えば８０度）を超えると開閉弁が開いて冷却水のラジエータへの流通を可能にし、前記ラジエータで放熱され低温となった冷却水をエンジンに戻すようにしている。
しかしながら、従来の開閉弁の中には、特に自己温度感知形の開閉弁である前記サーモスタットのように、それ自体が流体の温度の変化に応じて独立して作動するものがあり、開閉弁の故障によって開閉弁が正常に開かない、または閉じないということが生じても、それが検出できないことがある。そのため、開閉弁が故障することによる二次的なトラブル、例えば、運転席の水温計の異常な上昇や、焼き付きによるエンジンの運転異常が表示されない限り、運転者は異常を知ることができず、それが開閉弁の故障によるものなのか否かも判断することもできない。また、前記したトラブルが表示されないうちは不適正な状態で運転を続けることになり、特に自動車のエンジンでは、環境に悪影響を及ぼす一酸化炭素や窒素酸化物、炭化水素等の有害な物質を大量に大気中に放出することになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は前記の問題点に鑑みてなされたもので、開閉弁の故障を早期に検出して運転者に知らせることにより、開閉弁の故障による二次的なトラブルを事前に回避することができるとともに、特に液冷式の内燃機関の運転において冷却水等の冷却液を適正に保ち、環境に悪影響を及ぼす一酸化炭素や窒素酸化物，炭化水素等の有害な物質を大量に大気中に放出することのない開閉弁の自己診断装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、請求項１に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、前記開閉弁（１８,２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、前記流体温度検出手段（５）は、前記出口制御型の冷却系にあっては前記開閉弁（１８）よりも前記流体出口（Ｅａ）側に設けられ、前記入口制御型の冷却系にあっては前記バイパス通路（４）の前記開閉弁（２４）側に設けられていること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項２に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断すること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項３に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、前記開閉弁（１８，２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断すること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項４に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８,２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８,２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８,２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断するようにし、入力制御型の冷却系にあっては、前記流体温度検出手段（５，６）の一方（５）は、前記バイパス通路（４）の前記開閉弁（２４）側に設けていること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項５に記載に発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５）と、この流体温度検出手段（５,６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体温度検出手段（５）の他に流体圧力を検出する流体圧力検出手段（８）を前記開閉弁（１８）の近傍の前記流体の上流側に設け、前記診断手段（１１）は、流体の圧力と関連付けて設定された設定内容を記憶するとともに、前記流体圧力検出手段（８）から検出された流体の圧力に対応する前記設定内容と、前記流体温度検出手段（５）が検出した流体の温度とを比較して前記開閉弁（１８）が正常に動作しているか否かを診断すること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項６に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５,６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８、２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、前記開閉弁（１８,２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、前記流体温度検出手段（５）の他に流体圧力を検出する流体圧力検出手段（８）を前記開閉弁（１８）の近傍の前記流体の上流側に設け、前記診断手段（１１）は、流体の圧力と関連付けて設定された設定内容を記憶するとともに、前記流体圧力検出手段（８）から検出された流体の圧力に対応する前記設定内容と、前記流体温度検出手段（５）が検出した流体の温度とを比較して前記開閉弁（１８,２４）が正常に動作しているか否かを診断すること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の実施形態では、流体流通路としてエンジン（内燃機関）の冷却系を例を挙げて説明するが、本発明の診断装置はエンジンの冷却系に設けられる開閉弁に限らず、他の流体流通路に設けられ、流体流通路を流れる流体の温度変化によって開閉弁の開閉を行う開閉弁にも適用が可能である。
【０００６】
［第１の実施形態の説明］
図１および図２は本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、図１は出口制御型のエンジンの冷却系の概略図、図２は入口制御型のエンジンの冷却系の概略図である。各図において、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。
また、図３は第１の実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の温度Ｔ（度）、横軸は経過時間Ｓ（秒）である。
【０００７】
まず、図１の出口制御型のエンジンの冷却系の場合について説明する。ここで、「出口制御型」とは、エンジンの冷却水出口側に冷却水の温度を一定に保つための開閉弁としての自己温度感知形のサーモスタットを設けた形式のものをいう。
図１において、符号Ｅはエンジン、符号Ｒは放熱器としてのラジエータ、符号ＦはラジエータＲに強制的に空気を送り込むファンである。エンジンＥの流体出口である冷却水出口ＥａとラジエータＲの上部とは流体流通路である冷却水路１によって接続され、エンジンＥの流体入口である冷却水入口ＥｂとラジエータＲの下部とは流体流通路である冷却水路２によって接続されている。
冷却水路１は途中部位でバイパス通路３に分岐し、このバイパス通路３は冷却水路２の端部および冷却水入口Ｅｂに連通している。この実施形態において冷却水の流れを制御する開閉弁は自己温度感知形のサーモスタット１５で、図１に示す出口制御型の冷却系では、冷却水出口Ｅａ側の冷却水路１とバイパス通路３の分岐部に、開閉弁であるサーモスタット１５が設けられている。
【０００８】
図１に示すような出口制御型のエンジンの冷却系では、冷却水は以下のように流れる。すなわち、冷却水の温度が低い場合は、サーモスタット１５の開閉弁１８が閉じているので、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、バイパス通路３を通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入し、冷却水の温度が所定の温度（例えば、摂氏８０度）を超えたときには、サーモスタット１５の開閉弁１８が開いて、エンジンＥから冷却水路１、ラジエータＲ、冷却水路２を通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入する。
冷却水を循環させる図示しない冷却水ポンプは、エンジン駆動形、つまり、エンジンを駆動源として駆動されるものであってもよいし、モータ駆動形、つまり、サーボモータ等の制御可能な駆動体（モータ）によって駆動されるものであってもよい。
サーモスタット１５は、ワックス等の熱膨張体を内蔵する感温部１９と、前記熱膨張体の膨張または収縮によって進退移動するピストンロッド２１（図１の(b)参照）とから概略構成されるサーモエレメントをアクチュエータとして有する公知のもので、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出する冷却水の温度が所定温度（例えば、摂氏８０度）を超えたときに前記アクチュエータが駆動して開閉弁１８を開かせるものである。従って、サーモスタット１５は、冷却水の温度が前記所定温度以下のときには、開閉弁１８を閉じて冷却水がラジエータＲに流れないように規制し、冷却水出口Ｅａから流出した冷却水をバイパス通路３を通して冷却水入口ＥｂからエンジンＥに戻すが、冷却水の温度が前記所定温度を超えると、開閉弁１８を開いて冷却水をラジエータＲに流す。なお、サーモスタット１５としては、前記ワックス型のものに限らず、ベローズ型またはバイメタル型のものであってもよい。
【０００９】
冷却水路１のサーモスタット１５よりも冷却水出口Ｅａ側には、流体温度検出手段である水温センサ５が設けられている。この水温センサ５は、冷却水の温度に応じた電気信号を出力するもので、冷却系の外部に設けられた診断手段としての制御部１１に信号線１１ａによって接続されている。この発明の自己診断装置においては、水温センサ５の検出信号に基づいてサーモスタット１５の故障診断が行われることから、水温センサ５はサーモスタット１５のできるだけ近傍に設けることが望ましい。なお、前記した制御部１１は、ＥＣＵ（電子制御装置）に設けるものとしてもよいし、ＥＣＵとは別体に設けるものとしてもよい。
また、この実施形態においては、冷却系の外部に外気温を検出する外気温検出手段としての外気温センサ７が設けられている。この外気温センサ７も水温センサ５と同様に、外気温に応じた電気信号を出力するもので、冷却系の外部に設けられた制御部１１に信号線１１ｂを介して接続されている。
そして、制御部１１に送信された水温センサ５と外気温センサ７の検出信号は、制御部１１の処理部でそれぞれ処理され、制御部１１のメモリ等の記憶部に予め記憶された記憶内容と比較される。前記記憶部に記憶された記憶内容としては、後述の許容温度範囲ΔＴや所定時間ΔＳ、各種パラメータ等がある。
前記制御部１１の診断部は、前記の比較結果からサーモスタット１５が故障しているか否かを診断し、故障していると診断したときには信号線１１ｃを介して表示ランプやブザ、音声出力装置等の報知手段１２に信号を出力する。この報知手段１２は、運転者に確実に故障を知らせることができるところ、例えば、ダッシュボードの各種計器類の近傍等に設けるとよい。
【００１０】
前記態様により、この実施形態では以下のように作用する。
図３に示すように、エンジンＥの始動によりエンジンＥ内を流れる冷却水の温度は上昇する（図３のグラフの曲線Ｉ参照）。冷却水の温度が所定温度（例えば、摂氏８０度）Ｔ1 以下のときには、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、バイパス通路３を通ってエンジンＥの冷却水入口ＥｂからエンジンＥに戻されるが、冷却水の温度が前記所定温度Ｔ1 に達すると、サーモスタット１５の開閉弁１８が開き始めて冷却水がラジエータＲ側へ流れる。ラジエータＲで放熱されて低温となった冷却水は、冷却水路２を流れてエンジンＥの冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流れ込む。
この場合、図３のグラフで示すように、冷却水の温度はサーモスタット１５の開閉弁１８が開かれると同時に下降するものではない。つまり、エンジンＥ内には高温となった冷却水が残留しており、この冷却水が通過する間は暫く温度は上昇する。ラジエータＲで放熱された低温の冷却水がエンジンＥ内に流入すると、低温と高温の冷却水が交互に冷却水出口Ｅａから流出するので、高温の冷却水がエンジンＥ内から完全に追い出されるまで、図３のグラフの曲線IIで示すように、冷却水の温度は減衰を繰り返すことになる。
【００１１】
サーモスタット１５が故障して、開閉弁１８が所定温度Ｔ1 に達しても開かない場合には、図３の曲線III で示すように、冷却水の温度は所定温度Ｔ1 を超えて上昇を続ける。
制御部１１は、水温センサ５が所定温度Ｔ1 を検出してから所定時間ΔＳ（例えば、５秒、ΔＳ＝Ｓ2 −Ｓ1 ）内の冷却水の温度の変化を監視し、所定時間ΔＳ内における冷却水の温度が前記制御部１１のメモリ等の記憶部に予め設定された許容温度範囲ΔＴ（下限温度Ｔ2 と上限温度Ｔ3 の範囲、ΔＴ＝Ｔ3 −Ｔ2 ）内にあるか否かからサーモスタット１５の故障の有無を診断する。つまり、所定時間ΔＳ内において許容温度範囲ΔＴを超えて冷却水の温度が上昇した場合、あるいは、許容温度範囲ΔＴを超えて冷却水の温度が下降した場合は、前記制御部１１はサーモスタット１５が故障したと診断して報知手段１２に信号を出力し、運転者にサーモスタット１５の故障を知らせる。
【００１２】
なお、この実施形態において外気温センサ７を設けているのは、冷却水の温度の温度上昇率は外気温が高いほど大きく、低いほど小さいからである。すなわち、外気温の高い、例えば、夏期には、サーモスタット１５が故障して開閉弁１８が開かないと冷却水の温度は速やかに上昇するが、外気温の低い、例えば、冬季には、同様の場合における冷却水の温度の温度上昇率が小さく、夏期と同様の所定時間ΔＳに設定していたのではサーモスタット１５の故障を正確に診断することができない、または、故障していなくても故障していると誤診するという不都合が生じるおそれがあるからである。そこで、この実施形態では、外気温に応じて（例えば、５度ごとというように）、所定時間ΔＳまたは許容温度範囲ΔＴをパラメータ等で設定して前記制御部１１のメモリ等の記憶部に記憶させておき、外気温センサ７が検出した外気温から予め設定された所定時間ΔＳまたは許容温度範囲ΔＴを選択し、水温センサ５からの検出信号と比較するようにしている。従って、外気温が安定しているような場合には、このような外気温センサ７は特に設ける必要はない。
【００１３】
次に、図２に従って前記の第１の実施形態を入口制御型の冷却系に適用した場合を説明する。なお、図において、図１と同一部位、同一部材には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。ここで、「入口制御型」とは、エンジンの冷却水入口側に冷却水の温度を一定に保つための開閉弁１８を備えたサーモスタット１６を設けた形式のものをいう。
図２に示すように、入口制御型の冷却系では、サーモスタット１６は、冷却水出口Ｅａ側の冷却水路１と、冷却水入口Ｅｂ側の冷却水路２とを連通状に接続するバイパス通路４の、冷却水路２との分岐部に設けられている。この実施形態においてサーモスタット１６は、前記第１の実施形態のサーモスタット１５と同様のサーモエレメントをアクチュエータとして有しているが、バイパス通路４の開口部の開閉を行う第２の開閉弁２４を有している点で第１の実施形態におけるサーモスタット１５と相違する。図２に示す入口制御型の冷却系では冷却水は以下のように流れる。すなわち、冷却水の温度が低い場合には、図２の(a) に示すように、サーモスタット１６の開閉弁１８が閉じられ、第２開閉弁２４がバイパス通路４の開口部を開いている。そして、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、エンジンＥからバイパス通路４、冷却水路２を通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入する。冷却水の温度が所定温度Ｔ1 （例えば、摂氏８０度）を超えると、開閉弁１８を開くとともにバイパス通路４の開口部を第２の開閉弁２４で閉じる。エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、冷却水路１からラジエータＲ、冷却水路２を通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入する。
【００１４】
この実施形態では水温センサ５はバイパス通路４の前記開口部の近傍に設けられているが、外気温センサ７、制御部１１、報知手段１２の構成および作用については前記第１の実施形態と同じである。
この実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用をする。すなわち、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 に達したところでサーモスタット１６が正常に作動して開閉弁１８を開くと、バイパス通路４内の冷却水の温度は所定温度Ｔ1 よりも若干高い温度まで上昇したところから下降に転じる。サーモスタット１６の故障により、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 に達しても開閉弁１８が開かないときには、バイパス通路４内の冷却水の温度が上昇を続けて図３のグラフの曲線III のようになる。従って、この第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様、制御部１１が所定時間ΔＳ内における冷却水の温度の変化を監視し、所定時間ΔＳ内で冷却水の温度が許容温度範囲ΔＴを超えたときにはサーモスタット１６が故障であると診断して報知手段１２に信号を出力し、運転者にサーモスタット１６の故障を知らせる。
【００１５】
［第２の実施形態の説明］
図４および図５は本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、図４は出口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図、図５は入口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図である。各図において(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。また、図６は第２の実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の温度Ｔ、横軸は経過時間Ｓである。なお、図４および図５において、図１または図２と同一部位，同一部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
図４の出口制御型の冷却系における実施形態では、サーモスタット１５を挟んで冷却水路１の冷却水出口Ｅａ側とラジエータＲ側に二つの水温センサ５，６を設けている。これら水温センサ５，６は、第１の実施形態で説明した理由と同様の理由によりサーモスタット１５のできるだけ近傍に設けることが望ましい。水温センサ５，６と制御部１１とはそれぞれ信号線１１ａ，１１ｄによって接続されていて、それぞれの水温センサ５，６から出力された冷却水の温度に関する検出信号が制御部１１に送信されて処理される。
水温センサ５は、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水の温度を検出するものであるが、水温センサ６はサーモスタット１５の開閉弁１８が開くことにより、サーモスタット１５を通過して冷却水路１を流れる冷却水の温度を検出するものである。従って、サーモスタット１５の開閉弁１８が開くと、水温センサ５，６が検出した冷却水の温度差は殆ど０になる。
【００１６】
水温センサ５，６が検出した開閉弁１８の開弁前後における冷却水の温度の変化を示したものが、図６のグラフである。図６においては、水温センサ５が検出した冷却水の温度変化をグラフＡで、水温センサ６が検出した冷却水の温度変化をグラフＢで示している。
冷却水の温度が所定温度Ｔ1 以下、すなわち、開閉弁１８が閉じている状態においては、冷却水はバイパス通路３を流れてエンジンＥに戻されラジエータＲ側には流れないので、水温センサ５が検出する冷却水の温度は図６のグラフＡの曲線Ｉで示すように時間の経過とともに急速に上昇する。これに対し、水温センサ６が検出する冷却水の温度の方は、冷却水の流れが殆ど無い状態であるので、図６のグラフＢの曲線IIで示すように上昇が極めて緩やかである。
【００１７】
冷却水出口Ｅａから流出する冷却水の温度が所定温度Ｔ1 に達すると、サーモスタット１５の開閉弁１８が開くが、これによって冷却水路１を冷却水がラジエータＲに向けて流れ、図６のグラフＢの曲線III で示すように、水温センサ６が検出する冷却水の温度も急激に上昇する。水温センサ５が検出する冷却水の温度は、図６のグラフＡの曲線IVで示すように、開閉弁１８の開弁後は若干上昇して下降し、減衰しながら一定温度になるが、このとき、図６のグラフＡ，Ｂの曲線Ｖで示すように、水温センサ５，６が検出する冷却水の温度はほぼ同じになる。サーモスタット１５の故障により開閉弁１８が開かないと、水温センサ５，６が検出する冷却水の温度は、所定温度Ｔ1 に達した後所定時間ΔＳが経過しても同じになることがなく、これにより制御部１１はサーモスタット１５が故障したと診断して報知手段１２に信号を出力し、運転者に知らせる。なお、この実施形態においても、第１および第２の実施形態と同様、所定温度Ｔ1 および所定時間ΔＳ，許容温度範囲ΔＴ等は予め制御部１１に設定されて記憶部（メモリ）等に記憶されている。
【００１８】
図５に示す入口制御型の冷却系においては、冷却水路２のサーモスタット１６よりもラジエータＲ側と冷却水入口Ｅｂ側に水温センサ５，６が設けられている。このように二つの水温センサ５，６を配置することにより、前記で説明した図４の出口制御型の冷却系の場合と同様の作用が得られる。
サーモスタット１６の開閉弁１８が閉じているとき、すなわち、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 以下のときには、バイパス通路４を冷却水が流れるので、水温センサ５が検出する冷却水の温度は急速に上昇し、水温センサ６の検出する冷却水の温度は殆ど上昇しない。開閉弁１８が開くと、冷却水路２を通ってラジエータＲから低温の冷却水がエンジンＥ側に流れるので、ある一定時間経過後に水温センサ５，６の検出する冷却水の温度はほぼ同じになる。
【００１９】
図７は二つの水温センサ５，６を冷却系に設けた前記第２の実施形態のさらに他の実施形態の説明図にかかり、入口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図である。図において(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。また、図８は図７は実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の温度Ｔ、横軸は経過時間Ｓである。図８においては、水温センサ５が検出した冷却水の温度をグラフＡで、水温センサ６が検出した冷却水の温度をグラフＢで示している。なお、図７において図４，図５と同一部位，同一部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
この実施形態では、バイパス通路４の開口部の近傍に水温センサ５を設け、冷却水路２のサーモスタット１６よりも冷却水入口Ｅｂ側に水温センサ６を設けている。サーモスタット１６の開閉弁１８が閉じた状態においては、第２の開閉弁２４がバイパス通路４の開口部を開いていて、冷却水出口Ｅａ（図２参照）から流出した冷却水がバイパス通路４から冷却水入口Ｅｂに流入する。
【００２０】
サーモスタット１６の開閉弁１８が閉じた状態、すなわち、水温センサ５が検出した冷却水の温度が所定温度Ｔ1 以下では、水温センサ５と水温センサ６が検出する冷却水の温度はほぼ一致している（図８のグラフの曲線Ｉ参照）。サーモスタット１６の開閉弁１８が開き、バイパス通路４の開口部が第２の開閉弁２４によって閉じられると、水温センサ５が検出する冷却水の温度は、所定温度Ｔ1 よりも若干高い温度まで上昇したところでバイパス通路４内の冷却水の流れが止まり、当該温度で維持されるが（図８のグラフの曲線II参照）、水温センサ６の方は開閉弁１８が開くとともにラジエータＲ側から低温の冷却水が冷却水路２を流れることにより急激に温度が下降する（図８のグラフの曲線III 参照）。そして、冷却水の温度が所定温度に達した時間Ｓ1 から所定時間ΔＳが経過した時間Ｓ2 において、両水温センサ５，６が検出する冷却水の温度Ｔ1 ，Ｔ2 の差Ｔ2 −Ｔ1 が予め設定された所定温度差ΔＴまで開くことになる。
【００２１】
サーモスタット１６が故障して開閉弁１８が開かなければ、両水温センサ５，６の検出する冷却水の温度は、前記所定温度Ｔ1 を超えて所定時間ΔＳが経過しても一致したままである。また、開閉弁１８が開いてもその開弁量が少ないときには、両者の温度差は所定温度差ΔＴよりも小さい。制御部１１は、所定温度Ｔ1 を超えてから所定時間ΔＳが経過するまでの間、両水温センサ５，６から検出される冷却水の温度の変化を監視し、所定時間ΔＳの経過時において水温センサ５，６が検出した冷却水の温度が所定温度差ΔＴ以内である場合には、サーモスタット１６が故障したと診断して報知手段１２に信号を出力し、運転者にサーモスタット１６の故障を知らせる。
なお、図示はしないが、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 以下になったときは、水温センサ５と水温センサ６が検出する冷却水の温度はほぼ一致した状態（曲線Ｉで示す状態）に復帰するはずであるが、サーモスタット１６の故障により開閉弁１８が閉じないときは、両冷却水の温度の間には差が生じたままである。従って、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 を超え下降する場合も、所定温度Ｔ1 に達してから所定時間が経過するまでの間、両水温センサ５，６が検出する冷却水の温度変化を監視するようにすることにより、前記所定時間の経過時において両冷却水の温度が一致しないときは、サーモスタット１６が故障をしたと診断することができるようになる。
また、図７に示す実施形態においても第１の実施形態で示したような外気温センサを設け、制御部１１（図１参照）の記憶部（メモリ）等に外気温ごとの所定温度差ΔＴや所定時間ΔＳをパラメータ等で記憶させておき、前記外気温センサが検出した外気温に基づいて所定温度差ΔＴや所定時間ΔＳを適宜に選択するようにしてもよい。
【００２２】
［第３の実施形態］
図９は本発明の第３の実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図である。図において(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。また、図１０はこの第３の実施形態における冷却水の圧力と冷却水の温度との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の圧力Ｐ、横軸は冷却水の温度Ｔである。なお、図９において図１または図２と同一部位，同一部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。この実施形態においては、冷却水路１のサーモスタット１５よりも冷却水出口Ｅａ側に、冷却水の圧力の大きさに応じた電気信号を制御部１１（図１参照）に出力することのできる圧力センサ８と、第１および第２の実施形態で用いたものと同様の水温センサ５とを設けている。
エンジンＥの始動とともに冷却水の温度は上昇するが、冷却系は密閉されているので、冷却水の温度の上昇とともに内部の圧力が上昇することになる。
【００２３】
図１０のグラフにおいて符号Ｉは、冷却水ポンプが非駆動状態における圧力センサ８の検出結果を示したもので、冷却水の温度Ｔの上昇とともに圧力Ｐが直線的に上昇することを示している。符号IIで示す平行四辺形で囲まれた領域は、冷却水ポンプ駆動時における圧力Ｐと冷却水の温度Ｔとの関係を示すもので、冷却水の温度が一定であっても冷却水ポンプの駆動による脈動等により圧力Ｐはある一定の幅内で振幅することから、一定の冷却水の温度Ｔに対して圧力は一定の幅（図においてＰ1 〜Ｐ2 ）を有することを示している。
ところで、サーモスタット１５の開閉弁１８が開いている場合と閉じている場合とを比較すると、開閉弁１８が開いている場合は開閉弁１８が閉じたままの状態よりも圧力Ｐが小さくなる。すなわち、この実施形態では、ある冷却水の温度Ｔにおけるサーモスタット１５の近傍の圧力Ｐの大小によって、サーモスタット１５が正常に作動しているか否かを診断しようとするものである。
【００２４】
例えば、開閉弁１８が開く温度よりも高い温度である温度Ｔ（図１０参照）において、サーモスタット１５の開閉弁１８が正常に開いている場合は、その圧力は上限Ｐ1 から下限Ｐ2 の範囲内になければならない。サーモスタット１５の故障により開閉弁１８が開かないと、サーモスタット１５の近傍の圧力が上昇して上限Ｐ1 を超えるから、制御部１１はサーモスタット１５が故障したと診断して報知手段１２（図１参照）に信号を出力し、運転者に知らせる。逆に、開閉弁１８が閉じないときは、前記温度Ｔにおける圧力Ｐは下限Ｐ2 よりも低くなるから、制御部１１はサーモスタット１５が故障したと診断する。
なお、この実施形態では、冷却水ポンプを駆動する駆動源であるエンジンやサーボモータの回転数が変われば、それに伴って許容される圧力Ｐの範囲も変動することから、エンジンやサーボモータの回転数に応じて圧力Ｐの範囲をパラメータとして予め設定しておく必要がある。
【００２５】
図１１は前記の第３の実施形態を入口制御型の冷却系に適用した第３の実施形態のさらに他の実施形態にかかり、その要部の説明図である。
図に示すように、この実施形態では前記の出口制御型の場合と同様、水温センサ５をサーモスタット１６の近傍に設け、サーモスタット１６の近傍であって冷却水路２のラジエータＲ側に圧力センサ８を設けている。
この実施形態においても図９の実施形態と同様に作用し、図１０に示すような圧力Ｐと冷却水の温度Ｔの関係が成り立つ。
【００２６】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、特に図示はしないが、第２の実施形態を示した図４の出口制御型の冷却系および図５の入口制御型の冷却系において、水温センサ６に代えて冷却水の流速を検出する流速センサまたは単位時間当たりの流量を検出する流量センサを設けたものである。冷却水路１，２の冷却水出口Ｅａ側または冷却水入口Ｅｂ側のサーモスタット１５，１６の近傍には、図４および図５で示した場合と同様に、水温センサ５を設ける。
この実施形態では、水温センサ５から検出された冷却水の温度が、開閉弁１８が開く所定の温度（例えば８０度）に達したときに、冷却水路１，２に冷却水の流れが生じるか否かによってサーモスタット１５，１６の故障の有無を診断しようとするものである。すなわち、冷却水が前記所定の温度に達したときに、前記流速センサが冷却水の流速の変化を検出しないとき、または、流量センサが冷却水の流量の変化を検出しないときは、制御部１１（図１および図２参照）はサーモスタット１５，１６の開閉弁１８が開いていない、つまり、サーモスタット１５，１６が故障していると診断して報知手段１２に信号を出力する。
【００２７】
また、この実施形態では、エンジン回転数と冷却水の流速または流量との関係が密（開閉弁１８の開弁量が一定の場合には、エンジン回転数が増加すれば流速または流量は増大する）であることから、所定の冷却水の温度下におけるエンジン回転数ごとの適正な冷却水の流速または流量をパラメータまたは関数化して記憶部に記憶させておくことにより、サーモスタット１５，１６の開閉弁１８の開弁量が適正であるか否かまで診断することが可能になる。
【００２８】
［第５の実施形態］
第５の実施形態は、サーモスタット１５の開閉弁１８の開弁を直接検出しようとするものである。図１２および図１３はこの第５の実施形態の説明図である。
図１２で示す実施形態では、冷却水路１のサーモスタット１５よりも冷却水出口Ｅａ側に水温センサ５を設けているとともに、水温センサ５が検出した冷却水の温度が所定温度（例えば８０度）になったときに開閉弁１８が開いたことを、感温部１９の下降により検出する開閉検出手段である近接スイッチ１３が、感温部１９に対峙して設けられている（図１２の(a) 参照）。スイッチ１３は、サーモスタット１５のフレーム１７に延設したブラケットに取り付けるものとしてもよいし、冷却水路１の内面に取り付けるものとしてもよい。
開閉弁１８が前記所定温度に応じて所定量開弁すると、この開弁量に応じて感温部１９が下降するとともに、近接スイッチ１３が感温部１９の下端を検出して制御部１１（図１参照）にＯＮ（またはＯＦＦ）信号を出力する（図１２の(b) 参照）。制御部１１は、水温センサ５により検出された冷却水の温度が前記所定温度になったときに、近接スイッチ１３から信号が出力されているか否かを確認し、近接スイッチ１３からＯＮ（またはＯＦＦ）信号が出力されていないときには、サーモスタット１５が故障したと診断する。
なお、感温部１９を検出して所定の信号（例えばＯＮ，ＯＦＦ信号）を出力することができるものであれば、近接スイッチ１３に限らず、光電スイッチやリミットスイッチ等他のスイッチやセンサであってもよい。また、開閉弁１８の開閉を検出することができるものであれば、近接スイッチ１３は感温部１９に限らず、開閉弁１８等他の部位の移動を検出するようにしてもよい。
さらに、図１２では出口制御型の冷却系のみを図示しているが、入口制御型の冷却系についても同様である。
【００２９】
また、図１３で示す実施形態では、図１２の近接スイッチ１３に代えて、サーモスタット１５（１６）のピストンロッド２１の先端とフレーム１７との間に圧電素子１４を介在させている。図において符号１４ａは圧電素子１４から出力された検出信号を制御部１１（図１参照）に送信する信号線、符号２０は、ピストンロッド２１の進退移動を案内するピストンガイドである。
この図では図示を省略しているが、開閉弁１８（図１２参照）およびピストンロッド２１はフレーム１７に支持された付勢手段であるばね１７ａ（図１２参照）によって常時上方（図１３において上方）に付勢されている。冷却水の温度の上昇によりピストンロッド２１が伸長すると、開閉弁１８が前記ばね１７ａの付勢力に抗して押し下げられて開く（図１２の(b) 参照）。このとき、ばね１７ａが押し縮められるので、開閉弁１８の開弁量に比例してばね１７ａからの付勢力が増加する。圧電素子１４からは、この付勢力の増加に比例した大きさの電気信号（電圧）が出力されるので、制御部１１（図１参照）は、水温センサ５（図１２参照）が検出した冷却水の温度と前記圧電素子から出力される電気信号とを比較して、開閉弁１８が開かれているか否かを診断する。
【００３０】
本発明の好適な実施形態を説明してきたが、本発明は前記の実施形態により何ら限定されるものではない。例えば、開閉弁であるサーモスタット１５，１６はワックス型，ベローズ型は問わないとしたが、バイメタルにより開閉弁を開閉させるものであってもよい。また、開閉弁はサーモスタット１５，１６に限らず、流体の流れを制御することができるものであれば他の開閉弁であってもよい。さらに、電磁弁等の制御が可能な開閉弁であっても本発明を適用することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
この発明は前記のように構成したので以下のような効果を奏する。
本発明によれば、開閉弁の開閉作動の検出を、流体温度の変化により容易にできるようになったばかりでなく、流体温度や外気温，流体の圧力等の他の諸条件と検出された前記開閉弁の開閉作動とから、開閉弁の故障の診断を行えるようになった。すなわち、サーモスタット等の開閉弁の故障を早期に検出して運転者等に知らせることができるので、開閉弁の故障に起因する二次的なトラブルの発生を未然に防止することができる。
特に、本発明を自動車等の内燃機関の冷却系に使用されている開閉弁の診断に適用することにより、開閉弁の故障を確実に運転者に知らせて内燃機関の故障等を未然に防止することができるほか、サーモスタットの故障により内燃機関を適正な温度に保つことができないことに起因する一酸化炭素や窒素酸化物，炭化水素等、環境に悪影響を及ぼす有害な物質の大気中への大量放出を未然に防止することができる。また、内燃機関を適正な温度に保つことができないことに起因する内燃機関の運転効率（燃料消費率等）の低下も防止することができる。
特に、本発明は、流体の温度変化により作動する感温部を備えたサーモスタットのように、外部からの制御を必要とせず独立して作動する自己温度感知形のサーモスタットのような開閉弁に適用することにより、開閉弁の開閉の検出と故障の診断が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷却系の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサーモスタットが開弁状態のときの説明図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、入口制御型のエンジンの冷却系の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態の説明図、(b) はサーモスタットが開弁状態のときの説明図である。
【図３】 第１の実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図４】 本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサーモスタットが開弁状態のときの説明図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、入口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサーモスタットが開弁状態のときの説明図である。
【図６】 第２の実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図７】 ２つの水温センサを入口制御型の冷却系に設けた第２の実施形態のさらに他の実施形態の説明図にかかり、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。
【図８】 図７は実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図９】 本発明の第３の実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。
【図１０】 第３の実施形態における冷却水の圧力と冷却水の温度との関係を示すグラフである。
【図１１】 第３の実施形態を入口制御型の冷却系に適用した第３の実施形態のさらに他の実施形態にかかり、その要部の説明図である。
【図１２】 第５の実施形態の説明図である。
【図１３】 第５の実施形態のさらに他の実施形態である。
【符号の説明】
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｅａ 冷却水出口
Ｅｂ 冷却水入口
Ｒ ラジエータ
Ｆ ファン
１ 冷却水路（流体流通路）
２ 冷却水路（流体流通路）
３，４ バイパス通路
５，６ 水温センサ（流体温度検出手段）
７ 外気温センサ（外気温検出手段）
８ 圧力センサ（流体圧力検出手段）
１１ 制御部（診断手段）
１２ 報知手段
１３ 近接スイッチ（開閉検出手段）
１４ 圧電素子
１５，１６ サーモスタット（開閉弁）
１７ フレーム
１７ａ ばね（付勢手段）
１８ 開閉弁
１９ 感温部
２１ ピストンロッド
２４ 第２の開閉弁
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体が流通する流体流通路に設けられ、前記流体流通路を流れる流体の流れを制御する開閉弁が、流体の温度の変化に応じて正常に作動しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液冷形の自動車用のエンジン（内燃機関）の冷却系に使用される開閉弁としての自己温度感知形のサーモスタットは、流体である冷却水の温度が所定温度（例えば８０度）を超えると開閉弁が開いて冷却水のラジエータへの流通を可能にし、前記ラジエータで放熱され低温となった冷却水をエンジンに戻すようにしている。
しかしながら、従来の開閉弁の中には、特に自己温度感知形の開閉弁である前記サーモスタットのように、それ自体が流体の温度の変化に応じて独立して作動するものがあり、開閉弁の故障によって開閉弁が正常に開かない、または閉じないということが生じても、それが検出できないことがある。そのため、開閉弁が故障することによる二次的なトラブル、例えば、運転席の水温計の異常な上昇や、焼き付きによるエンジンの運転異常が表示されない限り、運転者は異常を知ることができず、それが開閉弁の故障によるものなのか否かも判断することもできない。また、前記したトラブルが表示されないうちは不適正な状態で運転を続けることになり、特に自動車のエンジンでは、環境に悪影響を及ぼす一酸化炭素や窒素酸化物、炭化水素等の有害な物質を大量に大気中に放出することになる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は前記の問題点に鑑みてなされたもので、開閉弁の故障を早期に検出して運転者に知らせることにより、開閉弁の故障による二次的なトラブルを事前に回避することができるとともに、特に液冷式の内燃機関の運転において冷却水等の冷却液を適正に保ち、環境に悪影響を及ぼす一酸化炭素や窒素酸化物，炭化水素等の有害な物質を大量に大気中に放出することのない開閉弁の自己診断装置を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記問題点に鑑みてなされたもので、請求項１に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、前記開閉弁（１８,２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、前記流体温度検出手段（５）は、前記出口制御型の冷却系にあっては前記開閉弁（１８）よりも前記流体出口（Ｅａ）側に設けられ、前記入口制御型の冷却系にあっては前記バイパス通路（４）の前記開閉弁（２４）側に設けられていること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項２に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断すること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項３に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、前記開閉弁（１８，２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断すること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項４に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８,２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８,２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８,２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断するようにし、入力制御型の冷却系にあっては、前記流体温度検出手段（５，６）の一方（５）は、前記バイパス通路（４）の前記開閉弁（２４）側に設けていること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項５に記載に発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５）と、この流体温度検出手段（５,６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体温度検出手段（５）の他に流体圧力を検出する流体圧力検出手段（８）を前記開閉弁（１８）の近傍の前記流体の上流側に設け、前記診断手段（１１）は、流体の圧力と関連付けて設定された設定内容を記憶するとともに、前記流体圧力検出手段（８）から検出された流体の圧力に対応する前記設定内容と、前記流体温度検出手段（５）が検出した流体の温度とを比較して前記開閉弁（１８）が正常に動作しているか否かを診断すること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
また、請求項６に記載の発明は、流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、この流体温度検出手段（５,６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８、２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、前記開閉弁（１８,２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、前記流体温度検出手段（５）の他に流体圧力を検出する流体圧力検出手段（８）を前記開閉弁（１８）の近傍の前記流体の上流側に設け、前記診断手段（１１）は、流体の圧力と関連付けて設定された設定内容を記憶するとともに、前記流体圧力検出手段（８）から検出された流体の圧力に対応する前記設定内容と、前記流体温度検出手段（５）が検出した流体の温度とを比較して前記開閉弁（１８,２４）が正常に動作しているか否かを診断すること、を特徴とする開閉弁の自己診断装置である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好適な実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の実施形態では、流体流通路としてエンジン（内燃機関）の冷却系を例を挙げて説明するが、本発明の診断装置はエンジンの冷却系に設けられる開閉弁に限らず、他の流体流通路に設けられ、流体流通路を流れる流体の温度変化によって開閉弁の開閉を行う開閉弁にも適用が可能である。
【０００６】
［第１の実施形態の説明］
図１および図２は本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、図１は出口制御型のエンジンの冷却系の概略図、図２は入口制御型のエンジンの冷却系の概略図である。各図において、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。
また、図３は第１の実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の温度Ｔ（度）、横軸は経過時間Ｓ（秒）である。
【０００７】
まず、図１の出口制御型のエンジンの冷却系の場合について説明する。ここで、「出口制御型」とは、エンジンの冷却水出口側に冷却水の温度を一定に保つための開閉弁としての自己温度感知形のサーモスタットを設けた形式のものをいう。
図１において、符号Ｅはエンジン、符号Ｒは放熱器としてのラジエータ、符号ＦはラジエータＲに強制的に空気を送り込むファンである。エンジンＥの流体出口である冷却水出口ＥａとラジエータＲの上部とは流体流通路である冷却水路１によって接続され、エンジンＥの流体入口である冷却水入口ＥｂとラジエータＲの下部とは流体流通路である冷却水路２によって接続されている。
冷却水路１は途中部位でバイパス通路３に分岐し、このバイパス通路３は冷却水路２の端部および冷却水入口Ｅｂに連通している。この実施形態において冷却水の流れを制御する開閉弁は自己温度感知形のサーモスタット１５で、図１に示す出口制御型の冷却系では、冷却水出口Ｅａ側の冷却水路１とバイパス通路３の分岐部に、開閉弁であるサーモスタット１５が設けられている。
【０００８】
図１に示すような出口制御型のエンジンの冷却系では、冷却水は以下のように流れる。すなわち、冷却水の温度が低い場合は、サーモスタット１５の開閉弁１８が閉じているので、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、バイパス通路３を通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入し、冷却水の温度が所定の温度（例えば、摂氏８０度）を超えたときには、サーモスタット１５の開閉弁１８が開いて、エンジンＥから冷却水路１、ラジエータＲ、冷却水路２を通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入する。
冷却水を循環させる図示しない冷却水ポンプは、エンジン駆動形、つまり、エンジンを駆動源として駆動されるものであってもよいし、モータ駆動形、つまり、サーボモータ等の制御可能な駆動体（モータ）によって駆動されるものであってもよい。
サーモスタット１５は、ワックス等の熱膨張体を内蔵する感温部１９と、前記熱膨張体の膨張または収縮によって進退移動するピストンロッド２１（図１の(b)参照）とから概略構成されるサーモエレメントをアクチュエータとして有する公知のもので、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出する冷却水の温度が所定温度（例えば、摂氏８０度）を超えたときに前記アクチュエータが駆動して開閉弁１８を開かせるものである。従って、サーモスタット１５は、冷却水の温度が前記所定温度以下のときには、開閉弁１８を閉じて冷却水がラジエータＲに流れないように規制し、冷却水出口Ｅａから流出した冷却水をバイパス通路３を通して冷却水入口ＥｂからエンジンＥに戻すが、冷却水の温度が前記所定温度を超えると、開閉弁１８を開いて冷却水をラジエータＲに流す。なお、サーモスタット１５としては、前記ワックス型のものに限らず、ベローズ型またはバイメタル型のものであってもよい。
【０００９】
冷却水路１のサーモスタット１５よりも冷却水出口Ｅａ側には、流体温度検出手段である水温センサ５が設けられている。この水温センサ５は、冷却水の温度に応じた電気信号を出力するもので、冷却系の外部に設けられた診断手段としての制御部１１に信号線１１ａによって接続されている。この発明の自己診断装置においては、水温センサ５の検出信号に基づいてサーモスタット１５の故障診断が行われることから、水温センサ５はサーモスタット１５のできるだけ近傍に設けることが望ましい。なお、前記した制御部１１は、ＥＣＵ（電子制御装置）に設けるものとしてもよいし、ＥＣＵとは別体に設けるものとしてもよい。
また、この実施形態においては、冷却系の外部に外気温を検出する外気温検出手段としての外気温センサ７が設けられている。この外気温センサ７も水温センサ５と同様に、外気温に応じた電気信号を出力するもので、冷却系の外部に設けられた制御部１１に信号線１１ｂを介して接続されている。
そして、制御部１１に送信された水温センサ５と外気温センサ７の検出信号は、制御部１１の処理部でそれぞれ処理され、制御部１１のメモリ等の記憶部に予め記憶された記憶内容と比較される。前記記憶部に記憶された記憶内容としては、後述の許容温度範囲ΔＴや所定時間ΔＳ、各種パラメータ等がある。
前記制御部１１の診断部は、前記の比較結果からサーモスタット１５が故障しているか否かを診断し、故障していると診断したときには信号線１１ｃを介して表示ランプやブザ、音声出力装置等の報知手段１２に信号を出力する。この報知手段１２は、運転者に確実に故障を知らせることができるところ、例えば、ダッシュボードの各種計器類の近傍等に設けるとよい。
【００１０】
前記態様により、この実施形態では以下のように作用する。
図３に示すように、エンジンＥの始動によりエンジンＥ内を流れる冷却水の温度は上昇する（図３のグラフの曲線Ｉ参照）。冷却水の温度が所定温度（例えば、摂氏８０度）Ｔ1 以下のときには、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、バイパス通路３を通ってエンジンＥの冷却水入口ＥｂからエンジンＥに戻されるが、冷却水の温度が前記所定温度Ｔ1 に達すると、サーモスタット１５の開閉弁１８が開き始めて冷却水がラジエータＲ側へ流れる。ラジエータＲで放熱されて低温となった冷却水は、冷却水路２を流れてエンジンＥの冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流れ込む。
この場合、図３のグラフで示すように、冷却水の温度はサーモスタット１５の開閉弁１８が開かれると同時に下降するものではない。つまり、エンジンＥ内には高温となった冷却水が残留しており、この冷却水が通過する間は暫く温度は上昇する。ラジエータＲで放熱された低温の冷却水がエンジンＥ内に流入すると、低温と高温の冷却水が交互に冷却水出口Ｅａから流出するので、高温の冷却水がエンジンＥ内から完全に追い出されるまで、図３のグラフの曲線IIで示すように、冷却水の温度は減衰を繰り返すことになる。
【００１１】
サーモスタット１５が故障して、開閉弁１８が所定温度Ｔ1 に達しても開かない場合には、図３の曲線III で示すように、冷却水の温度は所定温度Ｔ1 を超えて上昇を続ける。
制御部１１は、水温センサ５が所定温度Ｔ1 を検出してから所定時間ΔＳ（例えば、５秒、ΔＳ＝Ｓ2 −Ｓ1 ）内の冷却水の温度の変化を監視し、所定時間ΔＳ内における冷却水の温度が前記制御部１１のメモリ等の記憶部に予め設定された許容温度範囲ΔＴ（下限温度Ｔ2 と上限温度Ｔ3 の範囲、ΔＴ＝Ｔ3 −Ｔ2 ）内にあるか否かからサーモスタット１５の故障の有無を診断する。つまり、所定時間ΔＳ内において許容温度範囲ΔＴを超えて冷却水の温度が上昇した場合、あるいは、許容温度範囲ΔＴを超えて冷却水の温度が下降した場合は、前記制御部１１はサーモスタット１５が故障したと診断して報知手段１２に信号を出力し、運転者にサーモスタット１５の故障を知らせる。
【００１２】
なお、この実施形態において外気温センサ７を設けているのは、冷却水の温度の温度上昇率は外気温が高いほど大きく、低いほど小さいからである。すなわち、外気温の高い、例えば、夏期には、サーモスタット１５が故障して開閉弁１８が開かないと冷却水の温度は速やかに上昇するが、外気温の低い、例えば、冬季には、同様の場合における冷却水の温度の温度上昇率が小さく、夏期と同様の所定時間ΔＳに設定していたのではサーモスタット１５の故障を正確に診断することができない、または、故障していなくても故障していると誤診するという不都合が生じるおそれがあるからである。そこで、この実施形態では、外気温に応じて（例えば、５度ごとというように）、所定時間ΔＳまたは許容温度範囲ΔＴをパラメータ等で設定して前記制御部１１のメモリ等の記憶部に記憶させておき、外気温センサ７が検出した外気温から予め設定された所定時間ΔＳまたは許容温度範囲ΔＴを選択し、水温センサ５からの検出信号と比較するようにしている。従って、外気温が安定しているような場合には、このような外気温センサ７は特に設ける必要はない。
【００１３】
次に、図２に従って前記の第１の実施形態を入口制御型の冷却系に適用した場合を説明する。なお、図において、図１と同一部位、同一部材には同一の符号を付して詳しい説明は省略する。ここで、「入口制御型」とは、エンジンの冷却水入口側に冷却水の温度を一定に保つための開閉弁１８を備えたサーモスタット１６を設けた形式のものをいう。
図２に示すように、入口制御型の冷却系では、サーモスタット１６は、冷却水出口Ｅａ側の冷却水路１と、冷却水入口Ｅｂ側の冷却水路２とを連通状に接続するバイパス通路４の、冷却水路２との分岐部に設けられている。この実施形態においてサーモスタット１６は、前記第１の実施形態のサーモスタット１５と同様のサーモエレメントをアクチュエータとして有しているが、バイパス通路４の開口部の開閉を行う第２の開閉弁２４を有している点で第１の実施形態におけるサーモスタット１５と相違する。図２に示す入口制御型の冷却系では冷却水は以下のように流れる。すなわち、冷却水の温度が低い場合には、図２の(a) に示すように、サーモスタット１６の開閉弁１８が閉じられ、第２開閉弁２４がバイパス通路４の開口部を開いている。そして、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、エンジンＥからバイパス通路４、冷却水路２を通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入する。冷却水の温度が所定温度Ｔ1 （例えば、摂氏８０度）を超えると、開閉弁１８を開くとともにバイパス通路４の開口部を第２の開閉弁２４で閉じる。エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、冷却水路１からラジエータＲ、冷却水路２を通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入する。
【００１４】
この実施形態では水温センサ５はバイパス通路４の前記開口部の近傍に設けられているが、外気温センサ７、制御部１１、報知手段１２の構成および作用については前記第１の実施形態と同じである。
この実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用をする。すなわち、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 に達したところでサーモスタット１６が正常に作動して開閉弁１８を開くと、バイパス通路４内の冷却水の温度は所定温度Ｔ1 よりも若干高い温度まで上昇したところから下降に転じる。サーモスタット１６の故障により、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 に達しても開閉弁１８が開かないときには、バイパス通路４内の冷却水の温度が上昇を続けて図３のグラフの曲線III のようになる。従って、この第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様、制御部１１が所定時間ΔＳ内における冷却水の温度の変化を監視し、所定時間ΔＳ内で冷却水の温度が許容温度範囲ΔＴを超えたときにはサーモスタット１６が故障であると診断して報知手段１２に信号を出力し、運転者にサーモスタット１６の故障を知らせる。
【００１５】
［第２の実施形態の説明］
図４および図５は本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、図４は出口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図、図５は入口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図である。各図において(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。また、図６は第２の実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の温度Ｔ、横軸は経過時間Ｓである。なお、図４および図５において、図１または図２と同一部位，同一部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
図４の出口制御型の冷却系における実施形態では、サーモスタット１５を挟んで冷却水路１の冷却水出口Ｅａ側とラジエータＲ側に二つの水温センサ５，６を設けている。これら水温センサ５，６は、第１の実施形態で説明した理由と同様の理由によりサーモスタット１５のできるだけ近傍に設けることが望ましい。水温センサ５，６と制御部１１とはそれぞれ信号線１１ａ，１１ｄによって接続されていて、それぞれの水温センサ５，６から出力された冷却水の温度に関する検出信号が制御部１１に送信されて処理される。
水温センサ５は、エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水の温度を検出するものであるが、水温センサ６はサーモスタット１５の開閉弁１８が開くことにより、サーモスタット１５を通過して冷却水路１を流れる冷却水の温度を検出するものである。従って、サーモスタット１５の開閉弁１８が開くと、水温センサ５，６が検出した冷却水の温度差は殆ど０になる。
【００１６】
水温センサ５，６が検出した開閉弁１８の開弁前後における冷却水の温度の変化を示したものが、図６のグラフである。図６においては、水温センサ５が検出した冷却水の温度変化をグラフＡで、水温センサ６が検出した冷却水の温度変化をグラフＢで示している。
冷却水の温度が所定温度Ｔ1 以下、すなわち、開閉弁１８が閉じている状態においては、冷却水はバイパス通路３を流れてエンジンＥに戻されラジエータＲ側には流れないので、水温センサ５が検出する冷却水の温度は図６のグラフＡの曲線Ｉで示すように時間の経過とともに急速に上昇する。これに対し、水温センサ６が検出する冷却水の温度の方は、冷却水の流れが殆ど無い状態であるので、図６のグラフＢの曲線IIで示すように上昇が極めて緩やかである。
【００１７】
冷却水出口Ｅａから流出する冷却水の温度が所定温度Ｔ1 に達すると、サーモスタット１５の開閉弁１８が開くが、これによって冷却水路１を冷却水がラジエータＲに向けて流れ、図６のグラフＢの曲線III で示すように、水温センサ６が検出する冷却水の温度も急激に上昇する。水温センサ５が検出する冷却水の温度は、図６のグラフＡの曲線IVで示すように、開閉弁１８の開弁後は若干上昇して下降し、減衰しながら一定温度になるが、このとき、図６のグラフＡ，Ｂの曲線Ｖで示すように、水温センサ５，６が検出する冷却水の温度はほぼ同じになる。サーモスタット１５の故障により開閉弁１８が開かないと、水温センサ５，６が検出する冷却水の温度は、所定温度Ｔ1 に達した後所定時間ΔＳが経過しても同じになることがなく、これにより制御部１１はサーモスタット１５が故障したと診断して報知手段１２に信号を出力し、運転者に知らせる。なお、この実施形態においても、第１および第２の実施形態と同様、所定温度Ｔ1 および所定時間ΔＳ，許容温度範囲ΔＴ等は予め制御部１１に設定されて記憶部（メモリ）等に記憶されている。
【００１８】
図５に示す入口制御型の冷却系においては、冷却水路２のサーモスタット１６よりもラジエータＲ側と冷却水入口Ｅｂ側に水温センサ５，６が設けられている。このように二つの水温センサ５，６を配置することにより、前記で説明した図４の出口制御型の冷却系の場合と同様の作用が得られる。
サーモスタット１６の開閉弁１８が閉じているとき、すなわち、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 以下のときには、バイパス通路４を冷却水が流れるので、水温センサ５が検出する冷却水の温度は急速に上昇し、水温センサ６の検出する冷却水の温度は殆ど上昇しない。開閉弁１８が開くと、冷却水路２を通ってラジエータＲから低温の冷却水がエンジンＥ側に流れるので、ある一定時間経過後に水温センサ５，６の検出する冷却水の温度はほぼ同じになる。
【００１９】
図７は二つの水温センサ５，６を冷却系に設けた前記第２の実施形態のさらに他の実施形態の説明図にかかり、入口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図である。図において(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。また、図８は図７は実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の温度Ｔ、横軸は経過時間Ｓである。図８においては、水温センサ５が検出した冷却水の温度をグラフＡで、水温センサ６が検出した冷却水の温度をグラフＢで示している。なお、図７において図４，図５と同一部位，同一部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。
この実施形態では、バイパス通路４の開口部の近傍に水温センサ５を設け、冷却水路２のサーモスタット１６よりも冷却水入口Ｅｂ側に水温センサ６を設けている。サーモスタット１６の開閉弁１８が閉じた状態においては、第２の開閉弁２４がバイパス通路４の開口部を開いていて、冷却水出口Ｅａ（図２参照）から流出した冷却水がバイパス通路４から冷却水入口Ｅｂに流入する。
【００２０】
サーモスタット１６の開閉弁１８が閉じた状態、すなわち、水温センサ５が検出した冷却水の温度が所定温度Ｔ1 以下では、水温センサ５と水温センサ６が検出する冷却水の温度はほぼ一致している（図８のグラフの曲線Ｉ参照）。サーモスタット１６の開閉弁１８が開き、バイパス通路４の開口部が第２の開閉弁２４によって閉じられると、水温センサ５が検出する冷却水の温度は、所定温度Ｔ1 よりも若干高い温度まで上昇したところでバイパス通路４内の冷却水の流れが止まり、当該温度で維持されるが（図８のグラフの曲線II参照）、水温センサ６の方は開閉弁１８が開くとともにラジエータＲ側から低温の冷却水が冷却水路２を流れることにより急激に温度が下降する（図８のグラフの曲線III 参照）。そして、冷却水の温度が所定温度に達した時間Ｓ1 から所定時間ΔＳが経過した時間Ｓ2 において、両水温センサ５，６が検出する冷却水の温度Ｔ1 ，Ｔ2 の差Ｔ2 −Ｔ1 が予め設定された所定温度差ΔＴまで開くことになる。
【００２１】
サーモスタット１６が故障して開閉弁１８が開かなければ、両水温センサ５，６の検出する冷却水の温度は、前記所定温度Ｔ1 を超えて所定時間ΔＳが経過しても一致したままである。また、開閉弁１８が開いてもその開弁量が少ないときには、両者の温度差は所定温度差ΔＴよりも小さい。制御部１１は、所定温度Ｔ1 を超えてから所定時間ΔＳが経過するまでの間、両水温センサ５，６から検出される冷却水の温度の変化を監視し、所定時間ΔＳの経過時において水温センサ５，６が検出した冷却水の温度が所定温度差ΔＴ以内である場合には、サーモスタット１６が故障したと診断して報知手段１２に信号を出力し、運転者にサーモスタット１６の故障を知らせる。
なお、図示はしないが、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 以下になったときは、水温センサ５と水温センサ６が検出する冷却水の温度はほぼ一致した状態（曲線Ｉで示す状態）に復帰するはずであるが、サーモスタット１６の故障により開閉弁１８が閉じないときは、両冷却水の温度の間には差が生じたままである。従って、冷却水の温度が所定温度Ｔ1 を超え下降する場合も、所定温度Ｔ1 に達してから所定時間が経過するまでの間、両水温センサ５，６が検出する冷却水の温度変化を監視するようにすることにより、前記所定時間の経過時において両冷却水の温度が一致しないときは、サーモスタット１６が故障をしたと診断することができるようになる。
また、図７に示す実施形態においても第１の実施形態で示したような外気温センサを設け、制御部１１（図１参照）の記憶部（メモリ）等に外気温ごとの所定温度差ΔＴや所定時間ΔＳをパラメータ等で記憶させておき、前記外気温センサが検出した外気温に基づいて所定温度差ΔＴや所定時間ΔＳを適宜に選択するようにしてもよい。
【００２２】
［第３の実施形態］
図９は本発明の第３の実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図である。図において(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。また、図１０はこの第３の実施形態における冷却水の圧力と冷却水の温度との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の圧力Ｐ、横軸は冷却水の温度Ｔである。なお、図９において図１または図２と同一部位，同一部材には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。この実施形態においては、冷却水路１のサーモスタット１５よりも冷却水出口Ｅａ側に、冷却水の圧力の大きさに応じた電気信号を制御部１１（図１参照）に出力することのできる圧力センサ８と、第１および第２の実施形態で用いたものと同様の水温センサ５とを設けている。
エンジンＥの始動とともに冷却水の温度は上昇するが、冷却系は密閉されているので、冷却水の温度の上昇とともに内部の圧力が上昇することになる。
【００２３】
図１０のグラフにおいて符号Ｉは、冷却水ポンプが非駆動状態における圧力センサ８の検出結果を示したもので、冷却水の温度Ｔの上昇とともに圧力Ｐが直線的に上昇することを示している。符号IIで示す平行四辺形で囲まれた領域は、冷却水ポンプ駆動時における圧力Ｐと冷却水の温度Ｔとの関係を示すもので、冷却水の温度が一定であっても冷却水ポンプの駆動による脈動等により圧力Ｐはある一定の幅内で振幅することから、一定の冷却水の温度Ｔに対して圧力は一定の幅（図においてＰ1 〜Ｐ2 ）を有することを示している。
ところで、サーモスタット１５の開閉弁１８が開いている場合と閉じている場合とを比較すると、開閉弁１８が開いている場合は開閉弁１８が閉じたままの状態よりも圧力Ｐが小さくなる。すなわち、この実施形態では、ある冷却水の温度Ｔにおけるサーモスタット１５の近傍の圧力Ｐの大小によって、サーモスタット１５が正常に作動しているか否かを診断しようとするものである。
【００２４】
例えば、開閉弁１８が開く温度よりも高い温度である温度Ｔ（図１０参照）において、サーモスタット１５の開閉弁１８が正常に開いている場合は、その圧力は上限Ｐ1 から下限Ｐ2 の範囲内になければならない。サーモスタット１５の故障により開閉弁１８が開かないと、サーモスタット１５の近傍の圧力が上昇して上限Ｐ1 を超えるから、制御部１１はサーモスタット１５が故障したと診断して報知手段１２（図１参照）に信号を出力し、運転者に知らせる。逆に、開閉弁１８が閉じないときは、前記温度Ｔにおける圧力Ｐは下限Ｐ2 よりも低くなるから、制御部１１はサーモスタット１５が故障したと診断する。
なお、この実施形態では、冷却水ポンプを駆動する駆動源であるエンジンやサーボモータの回転数が変われば、それに伴って許容される圧力Ｐの範囲も変動することから、エンジンやサーボモータの回転数に応じて圧力Ｐの範囲をパラメータとして予め設定しておく必要がある。
【００２５】
図１１は前記の第３の実施形態を入口制御型の冷却系に適用した第３の実施形態のさらに他の実施形態にかかり、その要部の説明図である。
図に示すように、この実施形態では前記の出口制御型の場合と同様、水温センサ５をサーモスタット１６の近傍に設け、サーモスタット１６の近傍であって冷却水路２のラジエータＲ側に圧力センサ８を設けている。
この実施形態においても図９の実施形態と同様に作用し、図１０に示すような圧力Ｐと冷却水の温度Ｔの関係が成り立つ。
【００２６】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、特に図示はしないが、第２の実施形態を示した図４の出口制御型の冷却系および図５の入口制御型の冷却系において、水温センサ６に代えて冷却水の流速を検出する流速センサまたは単位時間当たりの流量を検出する流量センサを設けたものである。冷却水路１，２の冷却水出口Ｅａ側または冷却水入口Ｅｂ側のサーモスタット１５，１６の近傍には、図４および図５で示した場合と同様に、水温センサ５を設ける。
この実施形態では、水温センサ５から検出された冷却水の温度が、開閉弁１８が開く所定の温度（例えば８０度）に達したときに、冷却水路１，２に冷却水の流れが生じるか否かによってサーモスタット１５，１６の故障の有無を診断しようとするものである。すなわち、冷却水が前記所定の温度に達したときに、前記流速センサが冷却水の流速の変化を検出しないとき、または、流量センサが冷却水の流量の変化を検出しないときは、制御部１１（図１および図２参照）はサーモスタット１５，１６の開閉弁１８が開いていない、つまり、サーモスタット１５，１６が故障していると診断して報知手段１２に信号を出力する。
【００２７】
また、この実施形態では、エンジン回転数と冷却水の流速または流量との関係が密（開閉弁１８の開弁量が一定の場合には、エンジン回転数が増加すれば流速または流量は増大する）であることから、所定の冷却水の温度下におけるエンジン回転数ごとの適正な冷却水の流速または流量をパラメータまたは関数化して記憶部に記憶させておくことにより、サーモスタット１５，１６の開閉弁１８の開弁量が適正であるか否かまで診断することが可能になる。
【００２８】
［第５の実施形態］
第５の実施形態は、サーモスタット１５の開閉弁１８の開弁を直接検出しようとするものである。図１２および図１３はこの第５の実施形態の説明図である。
図１２で示す実施形態では、冷却水路１のサーモスタット１５よりも冷却水出口Ｅａ側に水温センサ５を設けているとともに、水温センサ５が検出した冷却水の温度が所定温度（例えば８０度）になったときに開閉弁１８が開いたことを、感温部１９の下降により検出する開閉検出手段である近接スイッチ１３が、感温部１９に対峙して設けられている（図１２の(a) 参照）。スイッチ１３は、サーモスタット１５のフレーム１７に延設したブラケットに取り付けるものとしてもよいし、冷却水路１の内面に取り付けるものとしてもよい。
開閉弁１８が前記所定温度に応じて所定量開弁すると、この開弁量に応じて感温部１９が下降するとともに、近接スイッチ１３が感温部１９の下端を検出して制御部１１（図１参照）にＯＮ（またはＯＦＦ）信号を出力する（図１２の(b) 参照）。制御部１１は、水温センサ５により検出された冷却水の温度が前記所定温度になったときに、近接スイッチ１３から信号が出力されているか否かを確認し、近接スイッチ１３からＯＮ（またはＯＦＦ）信号が出力されていないときには、サーモスタット１５が故障したと診断する。
なお、感温部１９を検出して所定の信号（例えばＯＮ，ＯＦＦ信号）を出力することができるものであれば、近接スイッチ１３に限らず、光電スイッチやリミットスイッチ等他のスイッチやセンサであってもよい。また、開閉弁１８の開閉を検出することができるものであれば、近接スイッチ１３は感温部１９に限らず、開閉弁１８等他の部位の移動を検出するようにしてもよい。
さらに、図１２では出口制御型の冷却系のみを図示しているが、入口制御型の冷却系についても同様である。
【００２９】
また、図１３で示す実施形態では、図１２の近接スイッチ１３に代えて、サーモスタット１５（１６）のピストンロッド２１の先端とフレーム１７との間に圧電素子１４を介在させている。図において符号１４ａは圧電素子１４から出力された検出信号を制御部１１（図１参照）に送信する信号線、符号２０は、ピストンロッド２１の進退移動を案内するピストンガイドである。
この図では図示を省略しているが、開閉弁１８（図１２参照）およびピストンロッド２１はフレーム１７に支持された付勢手段であるばね１７ａ（図１２参照）によって常時上方（図１３において上方）に付勢されている。冷却水の温度の上昇によりピストンロッド２１が伸長すると、開閉弁１８が前記ばね１７ａの付勢力に抗して押し下げられて開く（図１２の(b) 参照）。このとき、ばね１７ａが押し縮められるので、開閉弁１８の開弁量に比例してばね１７ａからの付勢力が増加する。圧電素子１４からは、この付勢力の増加に比例した大きさの電気信号（電圧）が出力されるので、制御部１１（図１参照）は、水温センサ５（図１２参照）が検出した冷却水の温度と前記圧電素子から出力される電気信号とを比較して、開閉弁１８が開かれているか否かを診断する。
【００３０】
本発明の好適な実施形態を説明してきたが、本発明は前記の実施形態により何ら限定されるものではない。例えば、開閉弁であるサーモスタット１５，１６はワックス型，ベローズ型は問わないとしたが、バイメタルにより開閉弁を開閉させるものであってもよい。また、開閉弁はサーモスタット１５，１６に限らず、流体の流れを制御することができるものであれば他の開閉弁であってもよい。さらに、電磁弁等の制御が可能な開閉弁であっても本発明を適用することが可能である。
【００３１】
【発明の効果】
この発明は前記のように構成したので以下のような効果を奏する。
本発明によれば、開閉弁の開閉作動の検出を、流体温度の変化により容易にできるようになったばかりでなく、流体温度や外気温，流体の圧力等の他の諸条件と検出された前記開閉弁の開閉作動とから、開閉弁の故障の診断を行えるようになった。すなわち、サーモスタット等の開閉弁の故障を早期に検出して運転者等に知らせることができるので、開閉弁の故障に起因する二次的なトラブルの発生を未然に防止することができる。
特に、本発明を自動車等の内燃機関の冷却系に使用されている開閉弁の診断に適用することにより、開閉弁の故障を確実に運転者に知らせて内燃機関の故障等を未然に防止することができるほか、サーモスタットの故障により内燃機関を適正な温度に保つことができないことに起因する一酸化炭素や窒素酸化物，炭化水素等、環境に悪影響を及ぼす有害な物質の大気中への大量放出を未然に防止することができる。また、内燃機関を適正な温度に保つことができないことに起因する内燃機関の運転効率（燃料消費率等）の低下も防止することができる。
特に、本発明は、流体の温度変化により作動する感温部を備えたサーモスタットのように、外部からの制御を必要とせず独立して作動する自己温度感知形のサーモスタットのような開閉弁に適用することにより、開閉弁の開閉の検出と故障の診断が可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷却系の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサーモスタットが開弁状態のときの説明図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、入口制御型のエンジンの冷却系の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態の説明図、(b) はサーモスタットが開弁状態のときの説明図である。
【図３】 第１の実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図４】 本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサーモスタットが開弁状態のときの説明図である。
【図５】 本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、入口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサーモスタットが開弁状態のときの説明図である。
【図６】 第２の実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図７】 ２つの水温センサを入口制御型の冷却系に設けた第２の実施形態のさらに他の実施形態の説明図にかかり、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。
【図８】 図７は実施形態における冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図９】 本発明の第３の実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示している。
【図１０】 第３の実施形態における冷却水の圧力と冷却水の温度との関係を示すグラフである。
【図１１】 第３の実施形態を入口制御型の冷却系に適用した第３の実施形態のさらに他の実施形態にかかり、その要部の説明図である。
【図１２】 第５の実施形態の説明図である。
【図１３】 第５の実施形態のさらに他の実施形態である。
【符号の説明】
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｅａ 冷却水出口
Ｅｂ 冷却水入口
Ｒ ラジエータ
Ｆ ファン
１ 冷却水路（流体流通路）
２ 冷却水路（流体流通路）
３，４ バイパス通路
５，６ 水温センサ（流体温度検出手段）
７ 外気温センサ（外気温検出手段）
８ 圧力センサ（流体圧力検出手段）
１１ 制御部（診断手段）
１２ 報知手段
１３ 近接スイッチ（開閉検出手段）
１４ 圧電素子
１５，１６ サーモスタット（開閉弁）
１７ フレーム
１７ａ ばね（付勢手段）
１８ 開閉弁
１９ 感温部
２１ ピストンロッド
２４ 第２の開閉弁
Claims (6)
- 流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、
前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、
この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、
この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、
前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、
前記開閉弁（１８,２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、
前記流体温度検出手段（５）は、前記出口制御型の冷却系にあっては前記開閉弁（１８）よりも前記流体出口（Ｅａ）側に設けられ、前記入口制御型の冷却系にあっては前記バイパス通路（４）の前記開閉弁（２４）側に設けられていること、
を特徴とする開閉弁の自己診断装置。 - 流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、
前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、
この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、
この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、
前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断すること、
を特徴とする開閉弁の自己診断装置。 - 流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、
前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、
この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、
この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、
前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、
前記開閉弁（１８，２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、
前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断すること、
を特徴とする開閉弁の自己診断装置。 - 流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８,２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、
前記開閉弁（１８,２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、
この流体温度検出手段（５，６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８,２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、
この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、
前記流体温度検出手段（５，６）は、前記開閉弁（１８，２４）を挟んで前記流体通路（１，２）の両側に設けられ、前記診断手段（１１）は、二つの前記流体温度検出手段（５，６）から検出された流体温度と前記設定内と比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に作動しているか否かを診断するようにし、
入力制御型の冷却系にあっては、前記流体温度検出手段（５，６）の一方（５）は、前記バイパス通路（４）の前記開閉弁（２４）側に設けていること、
を特徴とする開閉弁の自己診断装置。 - 流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、
前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５）と、
この流体温度検出手段（５,６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８，２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、
この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、
前記流体温度検出手段（５）の他に流体圧力を検出する流体圧力検出手段（８）を前記開閉弁（１８）の近傍の前記流体の上流側に設け、
前記診断手段（１１）は、流体の圧力と関連付けて設定された設定内容を記憶するとともに、前記流体圧力検出手段（８）から検出された流体の圧力に対応する前記設定内容と、前記流体温度検出手段（５）が検出した流体の温度とを比較して前記開閉弁（１８）が正常に動作しているか否かを診断すること、
を特徴とする開閉弁の自己診断装置。 - 流体流通路（１，２）に設けられ前記流体流通路（１，２）を流れる流体の流れを制御する開閉弁（１８，２４）が前記流体の温度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であって、
前記開閉弁（１８，２４）の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段（５，６）と、
この流体温度検出手段（５,６）により検出された流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁（１８、２４）が正常に開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段（１１）と、
この診断手段（１１）の診断結果を報知する報知手段（１２）と、を有し、
前記流体流通路（１，２）は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体出口（Ｅａ）と放熱器（Ｒ）とを連通状に接続する出口側の流体流通路（１）と、前記放熱器（Ｒ）と前記内燃機関の流体入口（Ｅｂ）とを連通状に接続する入口側の流体流通路（２）と、前記出口側の流体流通路（１）と前記入口側の流体流通路（２）とを連通状に接続するバイパス通路（３，４）とからなり、
前記開閉弁（１８,２４）は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出口（Ｅａ）側の前記流体流通路（１）と前記バイパス通路（３）の分岐部に設けられ、入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口（Ｅｂ）側の前記流体流通路（２）と前記バイパス通路（４）の分岐部に設けられ、
前記流体温度検出手段（５）の他に流体圧力を検出する流体圧力検出手段（８）を前記開閉弁（１８）の近傍の前記流体の上流側に設け、
前記診断手段（１１）は、流体の圧力と関連付けて設定された設定内容を記憶するとともに、前記流体圧力検出手段（８）から検出された流体の圧力に対応する前記設定内容と、前記流体温度検出手段（５）が検出した流体の温度とを比較して前記開閉弁（１８,２４）が正常に動作しているか否かを診断すること、
を特徴とする開閉弁の自己診断装置。
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