JP4139035B2 - サーモスタット弁の故障検出方法および検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から出てくる冷却液をラジエータを流れる冷却液ラジエータを迂回して内燃機関へ還流する冷却液に分配する、サーモスタット弁の故障を検出する方法及びその方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンの冷却装置には、通常、量分配を制御するサーモスタット弁が搭載されており、そのサーモスタット弁によって内燃機関から流出した冷却液はラジエータを通過するか、あるいはラジエータを迂回して短絡して直接内燃機関へ還流する。このサーモスタット弁によって、内燃機関が一度暖機運転された後に、その内燃機関の駆動温度をできるだけ一定の（高い）温度に維持しようとしている。
この種のサーモスタット弁は、長い年月にわたる開発に基づいて極めて高い品質基準に達しているので、めったに故障しない。それでも、サーモスタット弁が機能し得ることを監視する要請がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、サーモスタット弁が機能し得るか、あるいは故障して固着などにより開放された位置又は閉鎖された位置に留まっているかを検出することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明においては、内燃機関とラジエータの出口の実際温度が測定されて、互いに組み合わせられて、その組合せがこれらの温度の格納されている組合せと比較されて、それによってサーモスタット弁の故障が検出されて、故障を表す信号が形成される。
【０００５】
本発明は、サーモスタット弁が正常に機能している場合には、エンジン温度とクーラー出口の冷却液温度が互いに対して所定の関係にあるという、認識に基づいている。それに対して正常の機能においては発生し得ない温度の組合せが検出された場合に、それに基づいて直接、サーモスタット弁の故障が存在することが推定される。
【０００６】
第２の発明においては、内燃機関の実際温度とラジエータの出口の実際温度が測定されて、検出された温度と温度変化が互いに組み合わされて比較され、それに基づいてサーモスタット弁の故障が検出されて、故障を表す信号が形成される。この発明も、サーモスタット弁が正常に機能している場合には特定の温度又は温度変化は発生し得ないので、それにもかかわらずこれらの状態又は状態変化が発生した場合には、直接サーモスタット弁の故障を推定することができる、という考えに基づいている。
【０００７】
本発明の他の実施形態においては、周囲温度が検出されて、組合せにおいて一緒に考慮される。周囲温度を測定と評価に組み込むことによって、評価を精密にし、場合によっては完全に一義的ではない温度の組合せを一義的に故障又は正常機能として認識することが可能になる。
【０００８】
第１の方法を実施するための装置においては、内燃機関の温度とラジエータの出口の温度及び好ましくは周囲温度の多数の組合せを記録するメモリ、内燃機関の実際温度を検出する手段とラジエータの出口の冷却液の実際温度を検出する手段及び好ましくは周囲温度を検出する手段、測定された温度の組合せを形成する手段、格納されている組合せを測定された温度の組合せと比較する手段並びにサーモスタット弁の故障を表す信号を形成する手段が設けられている。
【０００９】
第２の方法を実施するための装置においては、内燃機関の実際温度を検出する手段、ラジエータの出口の実際温度を検出する手段及び好ましくは周囲温度を検出する手段が設けられており、それらの出力が論理回路に接続されており、その論理回路は検出された温度の状態と状態変化に従って、場合によってはサーモスタット弁の故障を表す信号を発生する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の他の特徴と利点は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。本発明によれば、サーモスタット弁に介入することなく、検出された温度、特にサーモスタット弁によって影響を受ける温度の評価のみに基づいてサーモスタット弁の監視が行われる。
内燃機関の温度Ｔ_MOT が測定され、これはたとえば、内燃機関の内部又は内燃機関の出口の冷却液温度を測定する温度センサを用いて行うことができ、あるいは内燃機関の構成部分の温度を測定する温度センサを用いて行うことができる。これは、今日では通常自動車の各内燃機関において行われ、エンジン制御装置において取り出すことのできるものである。
さらに、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} が測定される。これは、今日通常は測定されない温度である。というのは、これはエンジン制御には使用されないからである。さらに、周囲温度Ｔ_U が測定され、これは特に内燃機関の吸気管内の吸気の温度として測定される。図１には、これらの温度が多数の走行状態について記載されており、その場合に付属のサーモスタット弁位置が記載されている。その場合に、０は閉鎖された位置を意味し、１は開放された位置を意味している。
【００１１】
図１の左には、まず−２０℃の非常に冷たい周囲温度Ｔ_U における始動とそれに続く、相変わらず低いままの周囲温度における走行が示されている。始動の際には、サーモスタット弁は閉鎖された位置（位置０）にあるので、冷却液は専らラジエータを迂回してエンジン出口から直接またエンジン入口へ流れる。その後エンジンはまず急速に温められるが、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} はそのまま変わらない。
サーモスタット弁は約１００℃で開放する、すなわちラジエータを通る冷却液の流れが一部解放されると仮定する。それによって今度はラジエータ出口の温度Ｔ_{K AUS} も温められるので、ラジエータの出口のこの温度Ｔ_{K AUS} は約２８℃に上昇する。内燃機関の駆動温度Ｔ_MOT をサーモスタット弁によって１１０℃に制御すると仮定すると、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} は約３２℃に達する。
この温度の領域においてサーモスタット弁が開放する（位置１）。この領域においてすでに、温度組合せの比較に基づいて、開放温度に達した場合にサーモスタット弁が開放したか否かを検出することができる。実際温度Ｔ_MOT が１０７℃の場合に、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} がまだ２８℃のずっと下にあって、周囲温度Ｔ_U は変化していない場合には、サーモスタット弁は開放せず、閉鎖された位置に留まっていると推定することができる。
【００１２】
次に車両が、同様に図１に示すように、低い周囲温度Ｔ_U は変わらないまま、次に下り坂区間を走行すると、エンジン温度Ｔ_MOT とクーラー出口の温度Ｔ_{K AUS} は低下し、サーモスタット弁は再び閉鎖位置へ切り換わる。その場合には冷却液はもはやラジエータを通過することができないので、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} は比較的急速に低下する。
ここでも、サーモスタット弁が実際に閉鎖位置（位置０）へ切り換わったか、が検出される。たとえばエンジン温度Ｔ_MOT が低下したにもかかわらず、温度Ｔ_{K AUS} が高くなったままである場合には、それは、サーモスタット弁が閉鎖しておらず、開放された位置で動かなくなってしまったことを示す徴候である。
【００１３】
図１にはさらに、すでに暖まった状態を有する、すなわち９０℃のエンジン温度Ｔ_MOT 、４０℃のラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} 及び同様に４０℃の吸気管における周囲温度Ｔ_U を有する車両が開始する、州間道路走行の際の温度の組合せが記載されている。その場合にサーモスタット弁は温度を、たとえば１１０℃の駆動温度Ｔ_MOT に制御する。サーモスタット弁は、たとえば１０２℃で開放するので、その場合にはラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} も上昇する。
その後、たとえば下り坂走行によって車両がエンジンブレーキ駆動へ移行すると、エンジン温度Ｔ_MOT もラジエータの出口における冷却液の温度Ｔ_{K AUS} も低下する。ここでも、温度の組合せの比較によって、サーモスタット弁が機能し得るか、あるいは開放又は閉鎖された状態で動かなくなっているかが検出される。
【００１４】
図２には、サーモスタット弁が暖機相の間又は通常走行（州間道路走行）の間に動かなくなった場合の、温度の組合せの例が表の形式で示されている。サーモスタット弁が暖機相の間にすでに動かなくなっている場合には、単に内燃機関の温度Ｔ_MOT のみが上昇し、ラジエータの出口における冷却液の温度Ｔ_{K AUS} は（一定の）低い温度に留まる。
その場合にさらに周囲温度Ｔ_U が一定に留まっている場合には、温度Ｔ_MOT が上昇したのに一定に留まる温度Ｔ_{K AUS} は、サーモスタット弁が開放していないことを示す明白な徴候である。たとえば表２の右に記載されているような、州間道路走行の場合に、サーモスタット弁がコントロールサイクルの後に閉鎖された状態で固着し、あるいは動かなくなった場合には、それも同様に温度の組合せにおいて検出される。
サーモスタット弁がエンジンを１１０℃の駆動温度Ｔ_MOT に調節した場合には、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} はたとえば８０℃になる。しかしそれに対してエンジン温度Ｔ_MOT は上昇するが、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} が低くなる場合には、それは、サーモスタット弁がコントロールサイクルの後にもはや開放していないことの明白な証である。
サーモスタット弁が閉鎖された状態で動かなくなった場合には、内燃機関の過熱の危険と、それに伴って破壊の危険が存在するので、たとえば内燃機関の温度Ｔ_MOT が１１５℃になると、警告信号がセットされる。
【００１５】
図３には、サーモスタット弁が開放された状態で動かなくなった場合の温度の組合せの例が示されている。サーモスタット弁が暖機相の間にすでに開放された状態で動かなくなった場合には、内燃機関はラジエータを流れる冷却液と同じ方向にかつ等しく暖まる。すなわち内燃機関の温度Ｔ_MOT とラジエータの出口における温度Ｔ_{K AUS} はほぼ等しく、かつほぼ等しい経過を辿る。これは、周囲温度Ｔ_U が変化しない間は、同様にサーモスタット弁が開放された状態で動かなくなったことの確実な証である。
【００１６】
サーモスタット弁が州間道路走行の間にコントロールサイクルの後に開放された状態で動かなくなった場合には、周囲温度Ｔ_U が変化しない限りにおいて、内燃機関の温度Ｔ_MOT は低下し、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} は上昇して、たとえば両者はほぼ等しい温度に達する。これも、サーモスタット弁が開放された状態で動かなくなっていることの確実な証である。
【００１７】
サーモスタット弁が開放された状態において動かなくなった場合には、過熱の危険はない。従って車両の利用者にこの危険に気付かせるための警告信号は、必ずしもセットする必要はない。その場合には、たとえば保守を必要としていることを示す信号が発生されれば、十分である。
【００１８】
すでに上で説明してあるように、通常駆動には、サーモスタット弁が機能し得る場合に定められた、内燃機関の温度Ｔ_MOT 、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} 及び周囲温度Ｔ_U の組合せが対応している。これは、マップの形式で格納することができる。その場合に実際温度が測定されて、その組合せが格納されている温度の組合せと比較された場合には、それぞれ簡単な方法で、サーモスタット弁が機能し得るか、あるいは開放又は閉鎖された位置で動かなくなっているかを検出することができる。その場合にこの検出に従ってそのブロックされた位置を表す信号を発生させることができる。
【００１９】
同様にして、開放された位置又は閉鎖された位置で動かなくなったサーモスタット弁において発生する組合せに相当する温度組合せをマップの形式で格納することも可能である。その場合には、この組合せの発生が検出された場合に、サーモスタット弁が開放された位置で動かなくなったか、又は閉鎖された位置で動かなくなっているかを示す適切な信号が発生される。
【００２０】
上ですでに説明したように、サーモスタット弁の故障を温度状態において、あるいは温度状態変化において認識することも可能である。というのは、サーモスタット弁が正常に機能している場合、あるいはある位置で動かなくなっている場合に、これらは極めて異なるからである。
【００２１】
−周囲温度Ｔ_U が変化していない場合に−エンジン温度Ｔ_MOT とラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} が反対の方向に変化した場合には、これは、サーモスタット弁の故障を示す証である。
エンジン温度Ｔ_MOT が上昇し、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} が低下し、あるいは一定に留まる場合には、サーモスタット弁が閉鎖された位置で動かなくなっていると推定することができる。
それに対してエンジン温度Ｔ_MOT が低下し、ラジエータの出口の温度Ｔ_{K AUS} が上昇した場合には、サーモスタット弁が開放された位置で動かなくなっていると推定することができる。
さらに、エンジン温度Ｔ_MOT と温度Ｔ_{K AUS} が−同様に周囲温度が変化しない場合に−等しくかつ同じ方向に変化した場合には、サーモスタット弁の故障を推定することができ、その故障においてはサーモスタット弁は開放された位置で動かなくなっている。
このように故障を認識することは、たとえば図４に示す論理回路によって可能になる。比較器１０が、内燃機関の実際温度Ｔ_MOT をラジエータの出口の実際温度Ｔ_{K AUS} と比較する。この２つの温度が等しい場合には、否定素子１１からアンドゲート１２へ供給される。他の比較器１３は周囲温度Ｔ_U を温度Ｔ_{K AUS} と比較して、アンドゲート１２の第２の入力に信号を印加する。アンドゲートの出力は、オアゲート１４の入力に接続されており、オアゲートはサーモスタット弁が開放していることを示す信号１５を出力する。
【００２２】
比較器１６は、２つの連続する時点のエンジン温度Ｔ_{MOT n} とＴ_{MOT n+1} を比較して、その信号をアンドゲート１８の入力へ印加し、そのアンドゲートの出力信号は反転されている。アンドゲート１８の第２の入力には、比較器１７の出力が接続されており、この比較器はラジエータの出口における互いに連続する時点の温度Ｔ_{K AUS n} とＴ_{K AUS n+1} を比較して、その差が正である場合に信号をアンドゲート１８へ出力する。その第１の入力にアンドゲート１８の反転された出力が接続されている、オアゲート１９の第２の入力には、アンドゲート２２の出力が接続されており、そのアンドゲートの入力には比較器２０と比較器２１が接続されている。比較器２０は互いに連続する時点のエンジン温度Ｔ_MOT ＭとＴ_{MOT M+1} を比較して、差が正である場合に信号をアンドゲート２２へ出力する。比較器２１は互いに連続する時点の温度Ｔ_{K AUS M} とＴ_{K AUS M+1} を比較して、差が正である場合に信号をアンドゲート２２の入力へ出力する。
【００２３】
オアゲート１９の出力は、アンドゲート２５の入力に接続されており、そのアンドゲートの出力はオアゲート１４の第２の入力に接続されている。三重のアンドゲート２５には、比較器２３の出力が接続されており、その比較器は目標温度Ｔ_{MOT SOLL}を実際温度Ｔ_{MOT IST} と比較する。アンドゲートの第３の入力には、比較器２４が接続されており、その比較器は周囲温度Ｔ_U を実際温度Ｔ_{K AUS} と比較する。
【図面の簡単な説明】
【図１】自動車の内燃機関の、サーモスタット弁を有する冷却液循環の通常駆動における可能な温度組合せのマップの一部分を示すものである。
【図２】サーモスタット弁が閉鎖された状態で動かなくなった場合に測定された実際値の例である。
【図３】サーモスタット弁が開放された状態で動かなくなった場合に測定された実際値の例を示である。
【図４】サーモスタット弁の故障を認識するための論理回路である。
【符号の説明】
１０、１３、１６、１７、２０、２１、２３、２４…比較器
１１…否定素子
１２、１８、２２、２５…アンドゲート
１４、１９…オアゲート

Claims (6)

1. 内燃機関から出てくる冷却液を、ラジエータを通過する冷却液とラジエータを迂回して内燃機関へ還流する冷却液とに分配し、内燃機関とラジエータの出口との実際温度を測定して組合せ、その組合せを、記憶されている内燃機関とラジエータの出口との温度の組合せと比較し、該比較に基づいてサーモスタット弁の故障を検出し、故障を表す信号を形成する、サーモスタット弁の故障検出方法において、
   前記サーモスタット弁が開放位置において固着した場合と、閉鎖位置において固着した場合とで、それぞれ異なる前記信号が形成されることを特徴とするサーモスタット弁の故障検出方法。
2. 内燃機関から出てくる冷却液を、ラジエータを通過する冷却液とラジエータを迂回して内燃機関へ還流する冷却液とに分配し、内燃機関とラジエータの出口との実際温度を測定し、該実際温度の測定値とその変化とを互いに組み合わせて相互に比較し、該比較に基づいてサーモスタット弁の故障を検出し、故障を表す信号を形成する、サーモスタット弁の故障検出方法において、
   前記サーモスタット弁が開放位置において固着した場合と、閉鎖位置において固着した場合とで、それぞれ異なる前記信号が形成されることを特徴とするサーモスタット弁の故障検出方法。
3. 周囲温度を測定し、内燃機関とラジエータの出口との実際温度を測定して組合せる際に該周囲温度を一緒に考慮することを特徴とする請求項２に記載のサーモスタット弁の故障検出方法。
4. 請求項１に記載の方法を実施する装置において、
   内燃機関とラジエータの出口との温度の多数の組合せを記憶する記憶手段と、
   内燃機関の実際温度を測定する手段と、ラジエータの出口の冷却液の実際温度を測定する手段と、
   測定された前記実際温度の組合せを形成する手段と、
   記憶されている前記温度の組合せを測定された前記実際温度の組合せと比較する手段と、
   サーモスタット弁の故障を表す信号を形成する手段と、
   を具備し、
   信号を形成する前記手段が、前記サーモスタット弁が開放位置において固着した場合と、閉鎖位置において固着した場合とで、それぞれ異なる前記信号を形成することを特徴とする装置。
5. 請求項２に記載の方法を実施する装置において、
   内燃機関の実際温度を測定する手段と、冷却液出口の実際温度を測定する手段とを具備し、それら手段の出力が、論理回路に接続されており、該論理回路は、それら手段が測定した該実際温度とその温度変化とに基づいて、サーモスタット弁の故障を表す信号を形成するとともに、該サーモスタット弁が開放位置において固着した場合と、閉鎖位置において固着した場合とで、それぞれ異なる前記信号を形成することを特徴とする装置。
6. 周囲温度を測定する手段を具備することを特徴とする請求項４又は５に記載の装置。

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