JP4045894B2

JP4045894B2 - エンジンおよび燃料電池の冷却装置

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Publication number: JP4045894B2
Application number: JP2002237905A
Authority: JP
Inventors: 政孝太田; 伸一浜田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2022-08-19
Also published as: JP2004076647A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液冷式内燃機関および燃料電池の冷却液を冷却するエンジンおよび燃料電池の冷却装置に関するものであり、特に、ラジエータに流通させる流量を制御する流量制御バルブの故障検知に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の冷却装置として、例えば特開２０００−３０３８４２号公報にて開示されたものが知られている。この公報では、エンジンのウオータジャケットおよびラジエータを接続する冷却水回路に、開弁時に冷却水回路を構成し、閉弁時にラジエータを通過しないバイパス回路を構成する流量制御バルブと、冷却水を循環させる電動ウオータポンプと、冷却水温度に基づいて流量制御バルブのバルブ開度および電動ウオータポンプの回転数を制御する制御手段とを備えるエンジンの冷却装置において、制御手段は冷却水温度が安定状態にあって、流量制御バルブのアクチュエータの作動量が安定しているときに、その作動量を監視することによりこの流量制御バルブの故障を検出するとともに、故障が検出されたときにエンジンを保護するフェールセーフモードに移行させるようにしている。
【０００３】
そして、流量制御バルブのアクチュエータの作動量を監視するために、例えばアクチュエータがソレノイドの場合には、リフト量を検出するためのリフト量検出センサを設け、制御手段より出力された目標リフト量と検出されたリフト量とが合致しているか否かによって流量制御バルブの故障を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流量制御バルブの故障を検知するためのリフト量検出センサなどのバルブ開度位置を検出するための位置センサが必須となる。上記公報によれば、リフト量検出センサの構造については詳しくは記載されていないが、必須であるため流量制御バルブに組み込むことが必要となる。従って、流量制御バルブの構造が複雑となりコストアップとなる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、故障検知のための検出手段を設けることなく流量制御バルブの故障を比較的安価な手段で検知することを可能としたエンジンおよび燃料電池の冷却装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記、目的を達成するために、請求項１ないし請求項７に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）から流出する冷却液を冷却した後、その冷却された冷却液を液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）に向けて流出するラジエータ（２０）と、液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）から流出する冷却液をラジエータ（２０）を迂回させてラジエータ（２０）の流出口側に導くバイパス回路（３０）と、このバイパス回路（３０）を流通する冷却液が流入するバイパス側流入口（４６）、ラジエータ（２０）から流出した冷却液が流入するラジエータ側流入口（４５）、および流入した冷却液を液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）に向けて流出させる流出口（４７）を有し、バイパス回路（３０）を流通する冷却液のバイパス流量（Ｖb）とラジエータ（２０）を流通する冷却液のラジエータ流量（Ｖr）とを制御する流量制御弁（４０）と、流出口（４７）側の冷却液の温度である第１温度（Ｔｐ）に基づいて、第１温度（Ｔｐ）が液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）の負荷状態に基づいて決定される目標水温（Ｔｍａｐ）となるように流量制御弁（４０）のバルブ開度量を制御する制御手段（６０）とを備えるエンジンおよび燃料電池の冷却装置であって、
制御手段（６０）は、第１温度（Ｔｐ）が目標水温（Ｔｍａｐ）となるように現在のバルブ開度量から変化させるべきバルブ開度量を流量制御弁（４０）に出力したときにおいて、変化させるべきバルブ開度量により変化した第１温度（Ｔｐ）が液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）の所定の運転状態にて水温上昇側かまたは水温下降側の同一方向に連続して検知されたとき、その検知された回数（ｎ）によって流量制御弁（４０）が故障であると判定することを特徴としている。
【０００７】
請求項１の発明によれば、この種の流量制御弁（４０）において、正常であれば、例えば第１温度（Ｔｐ）が目標水温（Ｔｍａｐ）に対して低いときには第１温度（Ｔｐ）を上昇させるように現在のバルブ開度量から変化させるべきバルブ開度量を流量制御弁（４０）に出力される。これにより、第１温度（Ｔｐ）が上昇するものである。ところが、流量制御弁（４０）が目詰まりなどの故障によりバルブ開度量を変更できないと第１温度（Ｔｐ）が上昇しない。次に、制御手段（６０）はこの上昇しない第１温度（Ｔｐ）を検知し、この第１温度（Ｔｐ）を上昇させるように変化させるべきバルブ開度量を流量制御弁（４０）に出力するが再度第１温度（Ｔｐ）が上昇せずに連続して第１温度（Ｔｐ）が下降する同一方向に連続して検知されることになる。
【０００８】
そこで、本発明は、変化させるべきバルブ開度量により変化した第１温度（Ｔｐ）が水温上昇側かまたは水温下降側の同一方向に連続して検知されたとき、その検知された回数（ｎ）によって流量制御弁（４０）が故障であると判定することにより、流量制御弁（４０）にバルブ開度量が出力された後の第１温度（Ｔｐ）の挙動を検知することで流量制御弁（４０）の故障が容易に検知できる。これにより、制御後にバルブ開度位置を検出するためのポテンションメータなどの開度検出手段などを必要していた従来方式と比べて、故障検知のための検知手段を設けることなく流量制御弁（４０）の故障を比較的安価な手段で検知できる。
【０００９】
また、第１温度（Ｔｐ）が水温上昇側かまたは水温下降側の同一方向に連続して検知された回数（ｎ）を、例えば検知された回数（ｎ）が所定回数以上となったときに流量制御弁（４０）の故障検知できるような簡素な制御プログラムで対応できるため低コストが可能である。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、流量制御弁（４０）のアクチュエータはステップモータ（４４）であって、このステップモータ（４４）は、現在のバルブ開度量から変化させるべきバルブ開度量に変更させることで、第１温度（Ｔｐ）が目標水温（Ｔｍａｐ）となることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、流量を直接測定することなくバルブ開度量を変更させることにより、バイパス流量（Ｖb）とラジエータ流量（Ｖr）とを容易に可変できるとともに、第１温度（Ｔｐ）を精度良く制御できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）から流出する冷却液を冷却した後、その冷却された冷却液を液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）に向けて流出するラジエータ（２０）と、液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）から流出する冷却液をラジエータ（２０）を迂回させてラジエータ（２０）の流出口側に導くバイパス回路（３０）と、このバイパス回路（３０）を流通する冷却液が流入するバイパス側流入口（４６）、ラジエータ（２０）から流出した冷却液が流入するラジエータ側流入口（４５）、および流入した冷却液を液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）に向けて流出させる流出口（４７）を有し、バイパス回路（３０）を流通する冷却液のバイパス流量（Ｖb）とラジエータ（２０）を流通する冷却液のラジエータ流量（Ｖr）とを制御する流量制御弁（４０）と、流出口（４７）側の冷却液の温度である第１温度（Ｔｐ）に基づいて、この第１温度（Ｔｐ）が液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）の負荷状態に基づいて決定される目標水温（Ｔｍａｐ）となるように流量制御弁（４０）の作動量（Ｌp）を制御する制御手段（６０）とを備えるエンジンおよび燃料電池の冷却装置であって、
制御手段（６０）は、第１温度（Ｔｐ）が目標水温（Ｔｍａｐ）となるように現在の作動量（Ｌp）から変化させるべき作動量（Ｌp）を流量制御弁（４０）に出力したときにおいて、変化させるべき作動量（Ｌp）が液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）の所定の運転状態にて連続して一定方向に出力されたとき、その出力された回数（ｎ）によって流量制御弁（４０）が故障であると判定することを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、上述の請求項ではバルブ開度量が出力された後の第１温度（Ｔｐ）の挙動を検知することで流量制御弁（４０）の故障検知したが、これに限らず、制御手段（６０）によって出力される流量制御弁（４０）の作動量（Ｌp）の挙動を検知しても良い。これにより、請求項１と同様の効果を奏する。
【００１４】
また、この作動量（Ｌp）は、具体的には流量制御弁（４０）のアクチュエータに応じて、請求項６および請求項７に記載の電力量、リフト量、時間あたりの作動回数、および作動時間などがあって、これらいずれかの挙動を検知することで流量制御弁（４０）の故障検知ができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明では、流量制御弁（４０）のアクチュエータはソレノイド（４４ａ）であって、このソレノイド（４４ａ）は、現在の作動量（Ｌp）から変化させるべき作動量（Ｌp）に変更させることで第１温度（Ｔｐ）が目標水温（Ｔｍａｐ）となることを特徴としている。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、上述の請求項２と同様に流量を直接測定することなくバルブ開度量を変更させることにより、バイパス流量（Ｖb）とラジエータ流量（Ｖr）とを容易に可変できるとともに、第１温度（Ｔｐ）を精度良く制御できる。
【００１７】
請求項５に記載の発明では、流量制御弁（４０）のアクチュエータは電動モータ（４４ｂ）であって、この電動モータ（４４ｂ）は、現在の作動量（Ｌp）から変化させるべき作動量（Ｌp）に変更させることで第１温度（Ｔｐ）が目標水温（Ｔｍａｐ）となることを特徴としている。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、請求項２および請求項４と同様の効果を奏する。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明のエンジンおよび燃料電池の冷却制御装置を車両走行用の液冷式内燃機関である水冷式エンジンに適用したものであり、図１ないし図６に基づいて説明する。まず、図１はエンジンの冷却制御装置の全体構成を示す模式図であり、２０は液冷式内燃機関である水冷式エンジン（以下、エンジンと略す。）１０内を循環する冷却液である冷却水を冷却するラジエータであり、２１はラジエータ２０に冷却水を循環させるラジエータ回路である。３０はエンジン１０から流出する冷却水をラジエータ回路２１のうちラジエータ２０を迂回させてラジエータ２０の流出口側に冷却水を導くバイパス回路である。
【００２１】
そして、バイパス回路３０とラジエータ回路２１との合流部位２２には、ラジエータ回路２１を流通する冷却水の流量（以下、この流量をラジエータ流量Ｖrと呼ぶ。）と、バイパス回路３０を流通する冷却水の流量（以下、この流量をバイパス流量Ｖbと呼ぶ。）とを制御するロータリ式の流量制御弁（以下、制御弁と略す。）４０が配設されており、この制御弁４０より冷却水流れ下流側（エンジン１０側）にはウオータポンプ（以下、ポンプと略す。）５０が設けられている。このポンプ５０は、エンジン動力を図示しないベルトを介して回転駆動させて、バイパス回路３０およびラジエータ回路２１内の冷却水を循環させるポンプである。また、ラジエータの後方には電動ファンで構成されたラジエータファン２３が設置され、このラジエータファン２３の回転により、ラジエータ２０の放熱効果が高められてラジエータ２０内の冷却水の冷却が促進される。
【００２２】
次に、本実施形態の制御弁４０の概略構造について述べておく。制御弁４０は、図２に示すように、バルブ本体４１、ロータリバルブ（以下、バルブと略す。）４２、減速装置４３および駆動手段であるアクチュエータとして、ステップモータ４４などから構成されている。バルブ本体４１には、ラジエータ２０から流出した冷却水が流入されるラジエータ側流入口４５、バイパス回路３０を流通する冷却水が流入されるバイパス側流入口４６および流入した冷却水がウオータポンプ５０側に流出される流出口４７が形成されている。
【００２３】
そして、バルブ本体４１内には、円筒状のバルブ４２が回転可能に収納されており、その円筒側面には上述したラジエータ側流入口４５と流出口４７、およびバイパス側流入口４６と流出口４７とが連通するポート（図示せず）がそれぞれ形成されている。なお、それぞれのポート（図示せず）は、図３に示すように、バルブ開度に応じて、ラジエータ流量Ｖrとバイパス流量Ｖbとの流量配分されるように形成されているものである。因みに、ラジエータ流量Ｖrとバイパス流量Ｖbとの流量特性は、バルブ４２を時計回り（ＣＷ方向）に回転させるとラジエータ流量Ｖrが増加するとともにバイパス流量Ｖbが減少し、反時計回り（ＣＣＷ方向）に回転させるとラジエータ流量Ｖrが減少するとともにバイパス流量Ｖbが増加するようにそれぞれのポート（図示せず）が形成されている。
【００２４】
また、このバルブ４２の一端には回転軸４２ａが設けられ、その回転軸４２ａが複数枚の歯車からなる減速装置４３を介してステップモータ４４に連結させている。従って、ステップモータ４４を駆動させることでバルブ４２が回転駆動される。そして、このステップモータ４４は後述する制御手段である制御装置６０により制御されるようになっている。なお、本実施形態では、バルブ４２を回転駆動させるためのアクチュエータとして、ステップモータ４４を用いたが、これに限らず、サーボモータでも良い。
【００２５】
また、制御弁４０の流出口４７とウオータポンプ５０との間にはウオータポンプ５０およびエンジン１０に流入する第１水温である冷却水の温度（以下、この水温をポンプ水温Ｔｐと呼ぶ。）を検知する第１水温センサ６１が設けられており、この第１水温センサ６１により検出された温度情報を制御装置６０に入力するようにしている。なお、このポンプ水温Ｔｐは、制御弁４０のバルブ４２を時計回り（ＣＷ方向）に回転させてラジエータ流量Ｖrを増加させるとラジエータ２０の放熱によって水温が下降し、反時計回り（ＣＣＷ方向）に回転させるとラジエータ流量Ｖrが減少することにより水温が上昇する。
【００２６】
また、エンジン１０には、エンジン１０の吸入負圧を検出する圧力センサ６２およびエンジンの回転数を検知する回転センサ（図示せず）などが設けられ、これらの検出信号が後述する制御装置６０に入力されるようになっている。
【００２７】
次に、本実施形態の制御手段である制御装置６０は、上述のセンサ６１、６２などにより検出された温度情報および検出情報に基づいて、制御弁４０およびラジエータファン２３を制御するものであり、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵のＲＯＭ（図示せず）には、制御弁４０のバルブ開度を制御する流量制御手段６０ａと、制御弁４０自体が故障したときに故障検知する故障検知制御手段６０ｂとが設けられている。
【００２８】
流量制御手段６０ａは、ポンプ水温Ｔｐを後述する目標水温Ｔｍａｐになるように制御弁４０のバルブ開度を制御してラジエータ流量Ｖrを可変させる制御プログラムである。故障検知制御手段６０ｂは、例えば、制御弁４０において、バルブ４２の目詰まりやステップモータ４４の断線不良などによって、制御弁４０の故障が発生したときに故障検知を行なうための制御プログラムである。なお、この故障検知制御手段６０ｂは、制御装置６０により出力されたバルブ開度が所定の開度位置にバルブ４２が駆動されたかどうかを検出するポテンションメータなどの開度検出手段を設けた従来の方式に対して、故障検知のための開度検出手段を必要とせずに比較的安価な方式で故障検知できるものである。
【００２９】
次に、本実施形態におけるエンジンの冷却装置の作動を図４および図５に示す制御処理に基づいて説明する。まず、図４は流量制御手段６０ａのフローチャートであり、車両のイグニッションスイッチ（図示せず）が投入された後、エンジン１０が始動すると、ステップ１００にて、図示しないデータ処理用メモリ（ＲＡＭ）の記憶内容などの初期化処理を行なう。
【００３０】
そして、ステップ１１０において、各センサ６１、６２の検出値であるエンジンの回転数、吸気圧およびポンプ水温Ｔｐを読み込む。そして、ステップ１２０において、エンジン１０の回転数および吸気圧よりエンジン負荷を演算するとともに、その演算したエンジン負荷に基づいて、図示しないマップからエンジン１０内に流入させる冷却水の温度（以下、この水温を目標水温Ｔｍａｐと呼ぶ。）を決定するとともに、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐとなるようにバルブ開度を決定する。なお、この目標水温Ｔｍａｐは、エンジン負荷が大きいときの水温に比べて、エンジン負荷が小さいときの水温の方が高くなるように決定される。
【００３１】
そして、ステップ１３０において、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐを基準とする所定範囲（本実施形態では、目標水温Ｔｍａｐを基準として、±２℃の範囲）であるか否かを判定し、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐを基準とする所定範囲であるときは、ステップ１４０にて現在の制御弁４０のバルブ開度を維持し、ステップ１１０に戻る。
【００３２】
一方、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐを基準とする所定範囲外であるときは、ステップ１５０にて、目標水温Ｔｍａｐとポンプ水温Ｔｐとの差ΔＴ（Ｔｍａｐ−Ｔｐ）に基づいて、現在のバルブ開度から変化させるべきバルブ開度に決定してステップモータ４４に出力する。つまり、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して低いときには、図３に示すように、バルブ４２を反時計回り（ＣＣＷ方向）に回転させる所定のバルブ開度をステップモータ４４に出力させて、ラジエータ流量Ｖrを減少させる。これにより、ポンプ水温Ｔｐが上昇する。
【００３３】
逆に、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して高いときには、バルブ４２を時計回り（ＣＷ方向）に回転させる所定のバルブ開度をステップモータ４４に出力させて、ラジエータ流量Ｖrを増加させる。これにより、ポンプ水温Ｔｐが下降する。なお、このときにラジエータ２０を放熱させる送風量も、予め設定した目標水温Ｔｍａｐとラジエータファン２３の回転数とからなる図示しないマップより求めた回転数を決定してラジエータファン２３に出力して送風量を変更する。以上が制御弁４０のバルブ開度およびラジエータファン２３の回転数を制御してポンプ水温Ｔｐを目標水温Ｔｍａｐに温度調節する流量制御手段６０ａである。
【００３４】
次に、図５は故障検知制御手段６０ｂのフローチャートであり、流量制御手段６０ａがスタート（ステップ１００）することにより、ステップ２００にて図示しないデータ処理用メモリ（ＲＡＭ）の記憶内容などの初期化処理および後述するカウント回数ｎを０にセットする。そして、ステップ２１０において、ここでは流量制御手段６０ａにおいて、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐとなるように制御弁４０のバルブ開度が変更されたか否かを判定する。
【００３５】
そして、変更されたときには、ステップ２２０において、バルブ開度を変更した後のポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して高いか否かを判定する。今回のポンプ水温Ｔｐが高いときにはステップ２３０にて、今回のポンプ水温Ｔｐが先回のポンプ水温Ｔｐより高いか否かを判定する。今回のポンプ水温Ｔｐが高いときにはステップ２４０にて、水温が上昇しているカウント回数ｎに１を足す。
【００３６】
そして、ステップ２５０にて、カウント回数ｎが所定回数に達したか否かを判定させる。ここで、カウント回数ｎが達していない間はステップ２１０に戻り、予め設定された所定回数に達するまで、ポンプ水温Ｔｐを検出して連続的にポンプ水温Ｔｐが先回のポンプ水温Ｔｐよりも高いか否かを判定させる。
【００３７】
そして、ステップ２５０にて、カウント回数ｎが所定回数を超えたときに、ステップ２６０にて制御弁４０の故障検知を行なうものである。なお、カウント回数ｎが所定回数を超えるまでに、ステップ２３０にて今回のポンプ水温Ｔｐが先回のポンプ水温Ｔｐが下回ったときはステップ２７０に移行してカウント回数ｎをリセットしてステップ２１０に戻るようにしてある。以上のステップ２２０からステップ２６０までは、ポンプ水温Ｔｐが連続して上昇しているときにおける制御弁４０の故障検知の制御処理である。
【００３８】
次に、ステップ２２０にて、今回のポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して低いときには、ステップ２８０にて、この今回のポンプ水温Ｔｐが先回のポンプ水温Ｔｐより低いか否かを判定する。今回のポンプ水温Ｔｐが低いときにはステップ２９０にて、エンジン負荷は所定値より高いか否かを判定する。つまり、エンジン負荷が所定値より高いときはポンプ水温Ｔｐが上昇することができるが、例えば制御弁４０に故障が生じているとポンプ水温Ｔｐが上昇しないため、ここでは、誤作動を防止するための判定手段を設けたものである。ここで、エンジン負荷が所定値よりも高いときにはステップ３００にて、水温が下降しているカウント回数ｎに１を足す。
【００３９】
そして、ステップ３１０にて、カウント回数ｎが所定回数に達したか否かを判定させる。ここで、カウント回数ｎが達していない間はステップ２１０に戻り、予め設定された所定回数に達するまで、ポンプ水温Ｔｐを検出して連続的にポンプ水温Ｔｐが先回のポンプ水温Ｔｐよりも低いか否かを判定させる。そして、ステップ３１０にて、水温下降のカウント回数ｎが所定回数を超えたときに、ステップ３２０にて制御弁４０の故障検知を行なうものである。
【００４０】
なお、水温下降のカウント回数ｎが所定回数を超えるまでに、ステップ２８０にて今回のポンプ水温Ｔｐが先回のポンプ水温Ｔｐが上回ったときはステップ２７０に移行してカウント回数ｎをリセットしてステップ２１０に戻るようにしてある。以上のステップ２８０からステップ３２０までは、ポンプ水温Ｔｐが連続して下降しているときにおける制御弁４０の故障検知の制御処理である。なお、上述のカウント回数ｎ、つまり、データの割り込み周期は、制御処理の演算速度に応じて任意に設定可能である。
【００４１】
ここで、故障検知制御手段６０ｂのフローチャートにより制御弁４０が正常のときと故障したときにおけるポンプ水温Ｔｐの挙動について確認したので図６に基づいて説明する。図中（ａ）は、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐとなるように出力されたバルブ開度量によって変化したポンプ水温Ｔｐと経過時間との関係を示す温度特性であって、制御弁４０が正常のときを図中にＸで示し、バルブ４２が目詰まりなどで故障しているときを図中にＹで示してある。（ｂ）は、出力したバルブ開度量によって変化したポンプ水温Ｔｐが上昇する側か下降する側かにおける故障検知制御手段６０ｂによるカウント回数ｎを示した特性図である。
【００４２】
まず、図中に示すＸ（正常）のときは、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して低いときには、ポンプ水温Ｔｐを上昇させるようにバルブ開度量が制御弁４０に出力される。これにより、ポンプ水温Ｔｐが連続して水温上昇側に数回カウント回数ｎが加算される。ところが、制御弁４０が正常に作動するため目標水温Ｔｍａｐに達すると、今度はポンプ水温Ｔｐを下降させるようにバルブ開度量が出力され、ポンプ水温Ｔｐが連続して水温下降側に数回カウント回数ｎが加算される。すなわち、制御弁４０が正常であると所定回数未満による水温上昇側かまたは水温下降側にカウントするように繰り返される。
【００４３】
しかしながら、図中に示すＹ（故障）のときは、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して高いときには、ポンプ水温Ｔｐを下降させるようにバルブ開度量が制御弁４０に出力される。ところが、制御弁４０が故障しているためポンプ水温Ｔｐが連続して水温上昇側にてカウント回数ｎが加算されて予め設定された所定回数を超えることで制御弁４０の故障を検知するものである。
【００４４】
なお、制御弁４０の故障検知が行なわれたときには図示しない制御プログラムによって、警告灯、警報ブザーなどの報知手段を作動させて報知するとともに、エンジンのオーバーヒートを抑制すべくフェールセーフモードに移行し燃料噴射装置などを介してエンジンの燃料噴射量をリッチ化するようにしてある。
【００４５】
以上の第１実施形態によるエンジンの冷却装置によれば、この種の制御弁４０において、正常であれば、例えば、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して低いときにはポンプ水温Ｔｐを上昇させるように現在のバルブ開度量から変化させるべきバルブ開度量を制御弁４０に出力される。これにより、ポンプ水温Ｔｐが上昇するものである。
【００４６】
ところが、制御弁４０が目詰まりなどの故障によりバルブ開度量を変更できないとポンプ水温Ｔｐが上昇しない。次に、制御装置６０はこの上昇しないポンプ水温Ｔｐを検知し、このポンプ水温Ｔｐを上昇させるように変化させるべきバルブ開度量を制御弁４０に出力するが再度ポンプ水温Ｔｐが上昇せずに連続してポンプ水温Ｔｐが下降する同一方向に連続して検知されることになる。
【００４７】
そこで、本発明は、変化させるべきバルブ開度量により変化したポンプ水温Ｔｐが水温上昇側かまたは水温下降側の同一方向に連続して検知されたとき、その検知されたカウント回数ｎによって制御弁４０が故障であると判定することにより、制御弁４０にバルブ開度量が出力された後のポンプ水温Ｔｐの挙動を検知することで制御弁４０の故障が容易に検知できる。これにより、制御後にバルブ開度位置を検出するためのポテンションメータなどの開度検出手段などを必要していた従来方式と比べて、故障検知のための検知手段を設けることなく制御弁４０の故障を比較的安価な手段で検知できる。
【００４８】
また、ポンプ水温Ｔｐが水温上昇側かまたは水温下降側の同一方向に連続して検知されたカウント回数ｎを、例えば、検知されたカウント回数ｎが所定回数以上となったときに制御弁４０の故障検知できるような簡素な制御プログラムで対応できるため低コストが可能である。
【００４９】
また、流量を直接測定することなくバルブ開度量を変更させることにより、バイパス流量Ｖbとラジエータ流量Ｖrとを容易に可変できるとともに、ポンプ水温Ｔｐを精度良く制御できる。
【００５０】
（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、アクチュエータとして回転するステップモータ４４を用いて、バルブ４２を回転駆動させてバルブ開度量を制御する制御弁４０の故障検知について説明したが、これに限らず、アクチュエータにソレノイドを用い、ソレノイドを励磁／非励磁させることで往復動するプランジャーにバルブ４２を一体に設けて、リフト量を制御する制御弁４０でも第１実施形態と同様にポンプ水温Ｔｐの挙動を検出することで制御弁４０の故障検知ができる。
【００５１】
この制御弁４０の概略構成は、図７に示すように、バルブ本体４１、バルブ４２ａおよびアクチュエータとしてソレノイド４４ａから構成されている。バルブ本体４１には、第１実施形態と同じように、ラジエータ２０から流出した冷却水が流入されるラジエータ側流入口４５、バイパス回路３０を流通する冷却水が流入されるバイパス側流入口４６および流入した冷却水がウオータポンプ５０側に流出される流出口４７が形成されている。
【００５２】
そして、ラジエータ側流入口４５と流出口４７との間には、弁座４１ａが設けられ、その弁座４１ａを開閉するバルブ４２ａが駆動軸４２ｂに一体に結合されて収納されている。駆動軸４２ｂの一端がソレノイド４４ａを構成するプランジャー４４ｃに連結されている。ソレノイド４４ａのコイル４４ｂが励磁／非励磁をすることでバルブ４２ａが上下方向に往復動するように構成されている。すなわち、図８に示すように、弁座４１ａを開閉するバルブ４２ａのリフト量により、ラジエータ流量Ｖrを可変できるように構成されている。因みに、本実施形態ではリフト量を大きくするとラジエータ流量Ｖrが増加してポンプ水温Ｔｐが下降するようになっている。
【００５３】
これにより、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して高いときにはポンプ水温Ｔｐを下降させるように現在のリフト量から変化させるべきリフト量を小さくして制御弁４０に出力することでポンプ水温Ｔｐが上昇するものである。
【００５４】
ところで、制御弁４０が目詰まりなどによる故障のときには、上述したように、変化させるべきリフト量を出力してもポンプ水温Ｔｐが上昇しないため、ポンプ水温Ｔｐを上昇させるように変化させるべきリフト量を制御弁４０に出力するが再度ポンプ水温Ｔｐが上昇せずに連続してポンプ水温Ｔｐが下降する同一方向に連続して検知されることになる。
【００５５】
本実施形態では、変化させるべきリフト量により変化したポンプ水温Ｔｐが水温上昇側かまたは水温下降側の同一方向に連続して検知されたとき、その検知されたカウント回数ｎによって制御弁４０が故障であると判定することにより、アクチュエータがソレノイド４４ａの制御弁４０においても、リフト量が出力された後のポンプ水温Ｔｐの挙動を検知することで制御弁４０の故障が容易に検知できる。
（第３実施形態）
以上の実施形態では、制御弁４０の故障検知するために、変化させるべきバルブ開度量やリフト量によって、変化したポンプ水温Ｔｐが水温上昇側かまたは水温下降側の同一方向に連続して検知されたとき、その検知されたカウント回数ｎによって制御弁４０が故障であると判定する説明をしたが、これに限らず、ポンプ水温Ｔｐの挙動を検知する他に、アクチュエータに出力されるリフト量、電力量、時間あたりの作動回数、作動時間などアクチュエータの作動量Ｌｐを検知することでも良い。
【００５６】
ここで、アクチュエータの作動量Ｌｐとして、ソレノイド４４ａを用いる制御弁４０は、弁座４１ａを開閉するバルブ４２ａのリフト量の他に、ソレノイド４４ａに出力する電流ｉと電圧ｖを検知することで電力量、バルブ４２ａを断続的に開閉させて弁座４１ａを通過する流量を制御する時間あたりの作動回数、およびソレノイド４４ａに電源を通電させる作動時間などが挙げられる。これにより、図８に示すようなラジエータ流量Ｖｒの制御ができる。
【００５７】
本実施形態では、これらの作動量Ｌｐのうちリフト量を用いたときの流量制御手段６０ａと故障検知制御手段６０ｂの制御処理を図９および図１０に基づいて説明する。なお、第１実施形態と同様の制御処理については、同一の符号を付して説明は省略する。
【００５８】
まず、図９に示す流量制御手段６０ａでは、ステップ１２０ａにおいて、エンジン１０の回転数および吸気圧よりエンジン負荷を演算するとともに、その演算したエンジン負荷に基づいて、図示しないマップからエンジン１０内に流入させる目標水温Ｔｍａｐを決定するとともに、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐとなるようにリフト量を決定する。そして、ステップ１３０において、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐを基準とする所定範囲であるか否かを判定し、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐを基準とする所定範囲であるときは、ステップ１４０ａにて現在の制御弁４０のリフト量を維持し、ステップ１１０に戻る。
【００５９】
一方、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐを基準とする所定範囲外であるときは、ステップ１５０ａにて、目標水温Ｔｍａｐとポンプ水温Ｔｐとの差ΔＴ（Ｔｍａｐ−Ｔｐ）に基づいて、現在のリフト量から変化させるべきリフト量に決定してソレノイド４４ａに出力する。因みに、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して低いときには、リフト量を小さくしてソレノイド４４ａに出力させて、ラジエータ流量Ｖrを減少させる。これにより、ポンプ水温Ｔｐが上昇する。
【００６０】
逆に、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して高いときには、リフト量を大きくしてソレノイド４４ａに出力させて、ラジエータ流量Ｖrを増加させる。これにより、ポンプ水温Ｔｐが下降する。これにより、リフト量を制御することでポンプ水温Ｔｐを目標水温Ｔｍａｐに温度調節できる。
【００６１】
次に、図１０に示す故障検知制御手段６０ｂでは、ステップ２１０ａにおいて、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐとなるように制御弁４０のリフト量が変更されたか否かを判定する。そして、変更されたときには、ステップ２２０において、リフト量を変更した後のポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して高いか否かを判定する。今回のポンプ水温Ｔｐが高いときにはステップ２３０ａに移行して、今回のリフト量が先回のリフト量より高いか否かを判定する。今回のリフト量が高いときにはステップ２４０にて、水温が上昇しているカウント回数ｎに１を足す。そして、ステップ２５０にて、カウント回数ｎが所定回数に達したか否かを判定させる。ここで、カウント回数ｎが達していない間はステップ２１０ａに戻り、予め設定された所定回数に達するまで、リフト量を検出して連続的にリフト量が先回のリフト量よりも高いか否かを判定させる。
【００６２】
そして、ステップ２５０にて、カウント回数ｎが所定回数を超えたときに、ステップ２６０にて制御弁４０の故障検知を行なうものである。なお、カウント回数ｎが所定回数を超えるまでに、ステップ２３０ａにて今回のリフト量が先回のリフト量が下回ったときはステップ２７０に移行してカウント回数ｎをリセットしてステップ２１０ａに戻るようにしてある。以上のステップ２２０からステップ２６０までは、ポンプ水温Ｔｐが連続して上昇しているときにおける制御弁４０の故障検知の制御処理である。
【００６３】
次に、ステップ２２０にて、今回のポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して低いときには、ステップ２８０ａにて、この今回のリフト量が先回のリフト量より低いか否かを判定する。今回のリフト量が低いときにはステップ２９０にて、エンジン負荷は所定値より高いか否かを判定する。そして、エンジン負荷が所定値よりも高いときにはステップ３００にて、水温が下降しているカウント回数ｎに１を足す。
【００６４】
そして、ステップ３１０にて、カウント回数ｎが所定回数に達したか否かを判定させる。ここで、カウント回数ｎが達していない間はステップ２１０ａに戻り、予め設定された所定回数に達するまで、リフト量を検出して連続的にリフト量が先回のリフト量よりも低いか否かを判定させる。そして、ステップ３１０にて、水温下降のカウント回数ｎが所定回数を超えたときに、ステップ３２０にて制御弁４０の故障検知を行なうものである。
【００６５】
なお、水温下降のカウント回数ｎが所定回数を超えるまでに、ステップ２８０ａにて今回のリフト量が先回のリフト量が上回ったときはステップ２７０に移行してカウント回数ｎをリセットしてステップ２１０ａに戻るようにしてある。以上のステップ２８０ａからステップ３２０までは、ポンプ水温Ｔｐが連続して下降しているときにおける制御弁４０の故障検知の制御処理である。
【００６６】
ここで、第１実施形態と同じように、制御弁４０が正常のときと故障したときにおけるリフト量の挙動について図１１に基づいて説明する。図中（ａ）は、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐとなるように出力されたリフト量と経過時間との関係を示す温度特性であって、制御弁４０が正常のときを図中にＸで示し、バルブ４２が目詰まりなどで故障しているときを図中にＹで示してある。（ｂ）は、出力したリフト量によってラジエータ２０側に流れるバルブ４２ａの開口が、ラジエータ側が開かれているのか（水温が下降する。）、ラジエータ側が閉じられている（水温が上昇する）ときの故障検知制御手段６０ｂによるカウント回数ｎを示した特性図である。
【００６７】
まず、図中に示すＸ（正常）のときは、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して高いときには、ポンプ水温Ｔｐを下降させるようにリフト量をラジエータ開側となるように制御弁４０に出力される。これにより、リフト量が連続してラジエータ開側に数回カウント回数ｎが加算される。ところが、制御弁４０が正常に作動するため目標水温Ｔｍａｐに達すると、今度はポンプ水温Ｔｐを上昇させるようにリフト量をラジエータ閉側となるように出力され、リフト量が連続してラジエータ閉側に数回カウント回数ｎが加算される。すなわち、制御弁４０が正常であると所定回数未満によるラジエータ開側かまたはラジエータ閉側にカウントするように繰り返される。
【００６８】
しかしながら、図中に示すＹ（故障）のときは、ポンプ水温Ｔｐが目標水温Ｔｍａｐに対して低いときには、ポンプ水温Ｔｐを上昇させるようにリフト量をラジエータ開側となるように制御弁４０に出力される。ところが、制御弁４０が故障しているため、リフト量が連続してラジエータ開側にてカウント回数ｎが加算され所定回数を超えることで制御弁４０の故障を検知するものである。
【００６９】
なお、図１２は、上述のリフト量の代わりに、バルブ４２ａを断続的に開閉させて弁座４１ａを通過する流量を制御する時間あたりの作動回数を検知した特性図であって、リフト量と同じように作動回数によっても制御弁４０の故障検知ができる。
【００７０】
以上の第３実施形態によれば、ポンプ温度およびバルブ開度量の他に、アクチュエータに出力されるリフト量、電力量、時間あたりの作動回数、作動時間などアクチュエータの作動量Ｌｐを用いた故障検知制御手段６０ｂを行なうことにより、制御後にバルブ開度位置を検出するためのポテンションメータなどの開度検出手段などを必要していた従来方式と比べて、故障検知のための検知手段を設けることなく制御弁４０の故障を比較的安価な手段で検知できる。
【００７１】
また、簡素な制御プログラムで対応できるため低コストが可能である。
【００７２】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、制御弁４０のアクチュエータをステップモータ４４、サーボモータ、ソレノイド４４ａなどを用いたが、これらの他にラジエータ流量Ｖｒを制御するための作動量Ｌｐとして、電力量、作動回数、作動時間などを出力する電動モータ４４ｂを用いた制御弁４０にも本発明を適用できる。
【００７３】
以上の実施形態では、車両走行用の液冷式内燃機関である水冷式エンジン１０に適用したが、これに限らず、燃料電池車に用いられる燃料電池１０ａの冷却装置に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエンジンの冷却装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態における制御弁４０の概略構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における制御弁４０のラジエータ流量Ｖｒ、バイパス流量Ｖｂとバルブ角度との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の第１実施形態における流量制御手段６０ａの制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１実施形態における故障検知制御手段６０ｂの制御処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施形態における（ａ）はポンプ水温Ｔｐと時間との関係を示す特性図、（ｂ）はカウント回数と時間との関係を示す特性図である。
【図７】本発明の第２実施形態における制御弁４０の概略構成を示す縦断面図である。
【図８】図７に示す制御弁４０のリフト量とラジエータ流量Ｖｒとの関係を示す特性図である。
【図９】本発明の第３実施形態における流量制御手段６０ａの制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第３実施形態における故障検知制御手段６０ｂの制御処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態における（ａ）はリフト量と時間との関係を示す特性図、（ｂ）はカウント回数と時間との関係を示す特性図である。
【図１２】本発明の第３実施形態における（ａ）は作動回数と時間との関係を示す特性図、（ｂ）はカウント回数と時間との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１０…エンジン、水冷式エンジン（液冷式内燃機関）
１０ａ…燃料電池
２０…ラジエータ
３０…バイパス回路
４０…流量制御弁、制御弁
４４…ステップモータ
４４ａ…ソレノイド
４４ｂ…電動モータ
４５…ラジエータ側流入口
４６…バイパス側流入口
４７…流出口
６０…制御装置（制御手段）
Ｌｐ…作動量
Ｔｐ…ポンプ水温（第１水温）
Ｔｍａｐ…目標水温
ｎ…カウント回数（回数）
Ｖｂ…バイパス流量
Ｖｒ…ラジエータ流量

Claims

液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）から流出する冷却液を冷却した後、その冷却された冷却液を前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）に向けて流出するラジエータ（２０）と、
前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）から流出する冷却液を前記ラジエータ（２０）を迂回させて前記ラジエータ（２０）の流出口側に導くバイパス回路（３０）と、
前記バイパス回路（３０）を流通する冷却液が流入するバイパス側流入口（４６）、前記ラジエータ（２０）から流出した冷却液が流入するラジエータ側流入口（４５）、および流入した冷却液を前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）に向けて流出させる流出口（４７）を有し、前記バイパス回路（３０）を流通する冷却液のバイパス流量（Ｖb）と前記ラジエータ（２０）を流通する冷却液のラジエータ流量（Ｖr）とを制御する流量制御弁（４０）と、
前記流出口（４７）側の冷却液の温度である第１温度（Ｔｐ）に基づいて、前記第１温度（Ｔｐ）が前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）の負荷状態に基づいて決定される目標水温（Ｔｍａｐ）となるように前記流量制御弁（４０）のバルブ開度量を制御する制御手段（６０）とを備えるエンジンおよび燃料電池の冷却装置であって、
前記制御手段（６０）は、前記第１温度（Ｔｐ）が前記目標水温（Ｔｍａｐ）となるように現在のバルブ開度量から変化させるべきバルブ開度量を前記流量制御弁（４０）に出力したときにおいて、変化させるべきバルブ開度量により変化した前記第１温度（Ｔｐ）が前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）の所定の運転状態にて水温上昇側かまたは水温下降側の同一方向に連続して検知されたとき、その検知された回数（ｎ）によって前記流量制御弁（４０）が故障であると判定することを特徴とするエンジンおよび燃料電池の冷却装置。
前記流量制御弁（４０）のアクチュエータはステップモータ（４４）であって、前記ステップモータ（４４）は、現在のバルブ開度量から変化させるべきバルブ開度量に変更させることで、前記第１温度（Ｔｐ）が前記目標水温（Ｔｍａｐ）となることを特徴とする請求項１に記載のエンジンおよび燃料電池の冷却装置。
液冷式内燃機関（１０）または燃料電池（１０ａ）から流出する冷却液を冷却した後、その冷却された冷却液を前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）に向けて流出するラジエータ（２０）と、
前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）から流出する冷却液を前記ラジエータ（２０）を迂回させて前記ラジエータ（２０）の流出口側に導くバイパス回路（３０）と、
前記バイパス回路（３０）を流通する冷却液が流入するバイパス側流入口（４６）、前記ラジエータ（２０）から流出した冷却液が流入するラジエータ側流入口（４５）、および流入した冷却液を前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）に向けて流出させる流出口（４７）を有し、前記バイパス回路（３０）を流通する冷却液のバイパス流量（Ｖb）と前記ラジエータ（２０）を流通する冷却液のラジエータ流量（Ｖr）とを制御する流量制御弁（４０）と、
前記流出口（４７）側の冷却液の温度である第１温度（Ｔｐ）に基づいて、前記第１温度（Ｔｐ）が前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）の負荷状態に基づいて決定される目標水温（Ｔｍａｐ）となるように前記流量制御弁（４０）の作動量（Ｌp）を制御する制御手段（６０）とを備えるエンジンおよび燃料電池の冷却装置であって、
前記制御手段（６０）は、前記第１温度（Ｔｐ）が前記目標水温（Ｔｍａｐ）となるように現在の作動量（Ｌp）から変化させるべき作動量（Ｌp）を前記流量制御弁（４０）に出力したときにおいて、変化させるべき作動量（Ｌp）が前記液冷式内燃機関（１０）または前記燃料電池（１０ａ）の所定の運転状態にて連続して一定方向に出力されたとき、その出力された回数（ｎ）によって前記流量制御弁（４０）が故障であると判定することを特徴とするエンジンおよび燃料電池の冷却装置。
前記流量制御弁（４０）のアクチュエータはソレノイド（４４ａ）であって、前記ソレノイド（４４ａ）は、現在の作動量（Ｌp）から変化させるべき作動量（Ｌp）に変更させることで前記第１温度（Ｔｐ）が前記目標水温（Ｔｍａｐ）となることを特徴とする請求項３に記載のエンジンおよび燃料電池の冷却装置。
前記流量制御弁（４０）のアクチュエータは電動モータ（４４ｂ）であって、前記電動モータ（４４ｂ）は、現在の作動量（Ｌp）から変化させるべき作動量（Ｌp）に変更させることで前記第１温度（Ｔｐ）が前記目標水温（Ｔｍａｐ）となることを特徴とする請求項３に記載のエンジンおよび燃料電池の冷却装置。
前記制御手段（６０）によって前記ソレノイド（４４ａ）に出力される作動量（Ｌp）は、電力量、リフト量、時間あたりの作動回数、または作動時間のいずれかであることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のエンジンおよび燃料電池の冷却装置。
前記制御手段（６０）によって前記電動モータ（４４ｂ）に出力される作動量（Ｌp）は、電力量、時間あたりの作動回数または作動時間のいずれかであることを特徴とする請求項３または請求項５に記載のエンジンおよび燃料電池の冷却装置。