JP5470384B2 - エンジンシステムの冷却サブシステムの、そのサブシステム内で検出された動圧に応じた診断 - Google Patents

Description

本願は、２００８年７月１６日に出願の米国特許仮出願第６１／０８１，１６０号の利益を主張するものである。

本開示と通常関連のある分野には内燃機関システムが含まれ、より詳細には、エンジン冷却サブシステムの冷却剤の状態または量の指示が含まれる。

内燃機関システムは通常、基本的に、エンジン内の冷却剤流路とエンジンから遠隔に配置された熱交換器との間で液体冷却剤を循環させる冷却サブシステムを装備している。冷却剤は、エンジンで発生した熱を吸収して熱交換器に運び、この熱交換器は、冷却剤から空中に熱を放散する。従来の冷却サブシステムはまた、通常、１つまたは複数のポンプ、フィルタ、サーモスタットおよび他の弁、ならびにそのような装置を相互接続する導管を含む。従来の冷却サブシステムはまた、通常、サーモスタット弁の障害を診断するために、静的冷却剤温度を観測する静温度センサを含む。

本発明の１つの例示的な実施形態は、エンジンシステムの冷却サブシステム内の動的な油圧を検出し、検出した動的油圧からパラメータを抽出し、抽出したパラメータを評価して、冷却サブシステムの状態を診断することを含む方法を含むことができる。

本発明の別の例示的な実施形態は、エンジンと、エンジンの少なくとも一部を冷却するためにエンジンに接続され、内部の動的油圧を検出する油圧センサを含む冷却サブシステムと、検出した動的油圧からパラメータを抽出し、抽出したパラメータを評価して、冷却サブシステムの状態を診断する制御サブシステムとを有するエンジンシステムを含むことができる。

本発明のさらに例示的な実施形態は、内燃機関、およびエンジンに接続されたエンジン吸排気システムを有するエンジンシステムを含むことができる。吸排気システムは、エンジンに接続された吸気サブシステムと、エンジンに接続された排気サブシステムと、排気サブシステムと吸気サブシステムとにまたがって接続され、高圧（ＨＰ）高温（ＨＴ）排気ガス再循環（ＥＧＲ）冷却器を有するＨＰ ＥＧＲサブシステムとを含む。吸排気システムはまた、吸気サブシステムと排気サブシステムとの間にあり、排気サブシステム内のタービンと吸気サブシステム内のコンプレッサとを有するターボチャージャを含む。吸排気システムは、排気サブシステムのタービンよりも下流の部分とコンプレッサよりも上流の部分とにまたがって接続され、低圧（ＬＰ）ＨＴ ＥＧＲ冷却器を有するＬＰ ＥＧＲシステムをさらに含む。エンジンシステムはまた、エンジンの少なくとも一部を冷却するためにエンジンに接続され、動的油圧を検出する複数の油圧検出装置を有する冷却サブシステムと、内燃機関およびエンジン吸排気システムと流体連通し、ＨＴラジエータ、ＨＴ冷却剤ポンプ、サーモスタット弁、ＨＰおよびＬＰ ＨＴ ＥＧＲ冷却器、ならびにＨＴ冷却剤弁を有する高温（ＨＴ）冷却サブシステムとを含む。制御サブシステムは、検出した動的油圧からパラメータを抽出し、抽出したパラメータを評価して、冷却サブシステムの状態を診断する。

本発明の他の例示的な実施形態が、下記の詳細な説明から明らかになるであろう。当然のことながら、詳細な説明および特定の例は、本発明の例示的な実施形態を開示しているが、単に例示することを目的としており、本発明の範囲を限定することを意図していない。

本発明の例示的な実施形態が、詳細な説明および添付の図面によって、より完全に理解されるようになるであろう。

エンジンおよびエンジン冷却サブシステムを含むエンジンシステムの一部の例示的な実施形態の概略図である。 エンジンおよびエンジン冷却サブシステムを含むエンジンシステムの一部の別の例示的な実施形態の概略図である。 エンジンシステムの冷却サブシステムを、その冷却サブシステム内で検出された動的油圧に応じて診断する方法の例示的な実施形態のフローチャートである。

例示的な実施形態の以下の説明は本来単なる例示であり、本発明、その応用、または用途を限定することを全く意図していない。

例示的な動作環境が図１および図２に示されており、これらの動作環境を使用して、エンジンシステムの冷却サブシステムを、このサブシステム内で検出された動的油圧に応じて診断する、ここに開示した方法を実施することができる。その方法は、任意の適切なシステムを使用して実施することができ、より具体的には、図１または図２のシステム１０またはシステム２１０などのエンジンシステムとともに実施することができる。以下のシステムの説明は、単に例示的なエンジンシステムについて概要しているが、ここには示していない他のシステムおよび部品もここに開示した方法に対応することができる。

一般的に、また、図１を参照すると、システム１０は、燃料および吸気ガスの混合物を燃焼させて、機械回転エネルギおよび排気ガスに変換できる内燃機関１２と、吸気ガスをエンジン１２に供給し、エンジン１２から排気ガスを運び去るエンジン吸排気システム１４とを含むことができる。システム１０はまた、吸気ガスとともに燃焼させるために、任意の適切な液体および／またはガス燃料をエンジン１２に供給する燃料サブシステム（図示せず）と、エンジン１２および／または吸排気システム１４を冷却する冷却サブシステム１６と、エンジンシステム１０の少なくとも一部の動作を制御する制御サブシステム１８とを含むこともできる。

内燃機関１２は、ガソリンエンジンのような火花点火エンジン、ディーゼルエンジンのような自己点火または圧縮点火エンジンなどの任意の適切なタイプのエンジンとすることができる。エンジン１２は、シリンダおよびピストンのあるブロック２０（個別には示していない）を含むことができ、このブロック２０は、シリンダヘッド２２とともに、燃料および吸気ガスの混合物を内部で燃焼させる燃焼室を画定することができる。エンジン１２は、任意の数量のシリンダを含むことができ、任意の大きさとすることができ、任意の適切な回転数および負荷に従って動作することができる。

エンジン吸排気システム１４は、吸気ガスを圧縮および冷却することができ、この吸気ガスをエンジン１２に搬送できる吸気サブシステム２４と、排気ガスからエネルギを抽出でき、その排気ガスをエンジン１２から運び去ることができる排気サブシステム２６とを含むことができる。エンジン吸排気システム１４はまた、エンジンシステム１０からの排出物を減らし、ポンプ損失を小さくするために、排気ガスを再循環させて未使用空気と混合する、排気サブシステム２４と吸気サブシステム２６とにまたがって接続された排気ガス再循環（ＥＧＲ）サブシステム２８を含むことができる。

エンジン吸排気システム１４は、吸気サブシステム２４と排気サブシステム２６との間に配置されて、吸入空気を圧縮し、それによって、エンジン出力が増大するように燃焼を改善する、任意のタイプのターボチャージャ３０をさらに含むことができる。本明細書では、吸気ガスという語句には、外気、圧縮空気、および／または再循環された排気ガスが含まれ得る。ターボ過給サブシステム３０は、示したような単一段システムであってもよいし、または多段もしくは一連のターボ過給サブシステムであってもよい。ターボ過給システム３０は、排気サブシステム２６内のタービン３２と、タービン３２に機械的に連結されてこれによって駆動される、吸気サブシステム２４内のコンプレッサ３４とを含むことができる。別の実施形態では、コンプレッサ３４は、任意の適切な態様で駆動される機械式または電気機械式コンプレッサとすることができ、タービン３２で駆動する必要がない。言い換えると、スタンドアロン型コンプレッサを使用して吸入空気を圧縮し、それによって、エンジン出力が増大するように燃焼を改善することができる。

吸気サブシステム２４は、適切な導管および連結器に加えて、流入空気を濾過する空気フィルタ３８を有することができる吸気端部３６と、吸入空気を圧縮する、吸気端部３６の下流のターボチャージャコンプレッサ３４とを含むことができる。吸気サブシステム２４はまた、圧縮空気を冷却する、ターボチャージャコンプレッサ３４の下流の給気冷却器４０と、エンジン１２に向かう冷却された空気の流れを絞る、給気冷却器４０の下流の吸気絞り弁４２とを含むことができる。吸気サブシステム２４はまた、絞られた空気を受け取り、その空気をエンジン燃焼室に分配する、絞り弁４２の下流でエンジン１２の上流にある吸気マニホルド４４を含むことができる。吸気サブシステム２４はまた、任意の種類の他の任意の適切な装置を含むこともできる。

排気サブシステム２６は、適切な導管および連結器に加えて、エンジン１２の燃焼室から排気ガスを収集し、その排気ガスを排気サブシステム２６の残りの部分に向けて下流に搬送する排気マニホルド４６を含むことができる。排気サブシステム２６はまた、排気マニホルド４６と下流接続されたターボチャージャタービン３２を含むことができる。排気システム２６はまた、排気マニホルド４６の下流にある任意の数量の適切な排出装置４８を含むことができる。

ＥＧＲサブシステム２８は、排気ガスの一部を排気サブシステム２６から吸気サブシステム２４に再循環させて、エンジン１２内で燃焼させることができ、示したような単一流路のＥＧＲサブシステムとしてもよいし、または複合もしくは二重流路のＥＧＲサブシステムとしてもよい。示すように、ＥＧＲサブシステム２８はまた、ターボチャージャタービン３２の上流で排気システム２６に接続され、一方、ターボチャージャコンプレッサ３４の下流で吸気サブシステム２４に接続された高圧（ＨＰ）ＥＧＲ流路を含むことができる。ＥＧＲサブシステム２８は、適切な導管および連結器に加えて、ＥＧＲ冷却器５０と、ＥＧＲ冷却器５０の上流または下流に配置されて、排気サブシステム２６と吸気サブシステム２４との間のＥＧＲ流れを配分することができるＥＧＲ弁５２とを含むことができる。

冷却サブシステム１６は、ホース、パイプ、チューブ、通路などが含まれ得る任意の適切な導管によって接続できる任意の数量の任意の適切な装置を含むことができる。ヒータコア５４を使用して、例えば、シリンダヘッド２２など、エンジン１２を出た高温冷却剤から熱を吸収し、例えば、エンジン１２を担持する自動車の車室（図示せず）に熱を放散することができる。また、ファン５８を備えた、またはこれのないラジエータ５６などの任意の適切な熱交換装置を使用して、冷却剤の熱を空気などの別の媒体と交換することができる。さらに、ポンプ６０を使用して、シリンダヘッド２２などのエンジン１２の一部分から冷却剤を抽出し、その冷却剤をシリンダブロック２０などのエンジン１２の別の部分に送り返すことができる。ポンプ６０は、例えば、示すようにエンジンクランクシャフトおよびベルトによって機械的に駆動してもよいし、または任意の適切な態様で駆動される電気式ポンプであってもよい。さらに、サーモスタット弁６２を使用して、冷却サブシステム１６を通る冷却剤の流れを調整することができる。さらに、ＥＧＲ冷却器５０を使用して、高温排気ガスから熱を吸収し、その熱を、例えば、シリンダヘッド２２からなど、エンジン１２から受け取られ、シリンダブロック２０などのエンジン１２の他の部分に送られるエンジン冷却剤に放散することができる。

冷却サブシステム１６はまた、冷却サブシステム１６の１つまたは複数の位置で油圧を検出する１つまたは複数の装置６４を含む。例えば、検出装置６４は、冷却剤と流体連通した１つまたは複数の油圧センサ、および／あるいは冷却剤と流体連通しているか、あるいは導管または他の部品もしくは装置上の任意の適切な位置に担持されたハイドロホンを含むことができる。検出装置６４は、油圧に関する実際の物理パラメータを検出することができ、装置６４または制御サブシステム１８内などにある下流信号処理装置により、油圧の物理パラメータから圧力に関係する他のパラメータおよび値を導出するか、あるいは抽出することができる。

本明細書では、油圧という用語には、実際の流体圧力、および／または実際の流体圧力に対応する音圧が含まれる。単に、離散したまたは瞬間的な圧力出力信号を供給する静的油圧センサとは異なり、動的油圧センサは、特定の期間にわたって油圧波を測定し、対応する動的出力信号を供給する。さらに、本明細書では、動圧測定という用語には、一例として、ポンプキャビテーションを測定するのに、１０Ｈｚから、例示的な最高値１０ｋＨｚまでを使用する動圧測定が含まれ得る。

任意の適切な油圧センサ、例えば、ハイドロホンなどの圧電センサを使用することができる。ハイドロホンは、音圧と空間的および時間的な音圧変動とを測定することができる。ハイドロホンは、音響−電気変換器を含むことができ、この音響−電気変換器は、ハイドロホンに作用する交番音圧を比例交流電圧に変換することができる。１つのタイプのハイドロホンには針タイプのハイドロホンがあり、この針タイプのハイドロホンは、針の先端に貼り付けられた圧電セラミックまたは圧電ホイルで構成された変換器要素を装備することができる。別のタイプのハイドロホンには、フレームに担持された圧電ホイルを含むことができる薄膜タイプのハイドロホンがある。

制御サブシステム１８は、例えば、車両コントローラ、エンジンシステムコントローラ、冷却システムコントローラ、および／または検出装置６４を含むことができる。制御サブシステム１８は、下記に本明細書で開示される方法の少なくとも一部を実行する任意の適切なハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアを含むことができる。例えば、制御サブシステム１８は、各種エンジンシステムアクチュエータおよびセンサ（図示せず）を含むことができる。エンジンシステムセンサは、図には個別に示されていないが、エンジンシステムパラメータを観測する任意の適切な装置を含むことができる。

制御サブシステム１８は、アクチュエータおよびセンサに接続されて、センサ入力を受け取り、これを処理し、アクチュエータ出力信号を伝送する１つまたは複数のコントローラ１９をさらに含むことができる。制御装置１９は、１つまたは複数の適切なプロセッサ１９ａ、メモリ１９ｂ、および制御装置１９を１つまたは複数の他の装置に接続する、１つまたは複数のインターフェイス１９ｃを含むことができる。プロセッサ１９ａは、システム１０の機能の少なくとも一部を有効にする命令を実行することができる。本明細書では、命令という用語には、例えば、制御ロジック、コンピュータソフトウェアおよび／またはファームウェア、プログラム可能な命令、あるいは他の適切な命令が含まれ得る。プロセッサには、例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、用途を特化した集積回路、および／または他の任意の適切なタイプの処理装置が含まれ得る。また、メモリ１９ｂは、システム１０が受け取る、またはシステム１０にロードされるデータ用および／またはプロセッサで実行可能な命令用の記憶装置を形成するように構成することができる。データおよび／または命令は、例えば、参照テーブル、式、アルゴリズム、マップ、モデル、および／または他の任意の適切なフォーマットとして保存することができる。メモリには、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、および／または他の任意の適切なタイプの記憶装置が含まれ得る。最後に、インターフェイス１９ｃは、例えば、アナログ／デジタルまたはデジタル／アナログ変換器、シグナルコンディショナ、増幅器、フィルタ、他の電気装置またはソフトウェアモジュール、および／あるいは他の任意の適切なインターフェイスを含むことができる。インターフェイスは、例えば、ＲＳ−２３２、パラレル、小型コンピュータシステムインターフェイス、ユニバーサルシリアルバス、ＣＡＮ、ＭＯＳＴ、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙ、および／または他の任意の適切なプロトコルに準拠することができる。インターフェイスは、回路、ソフトウェア、ファームウェア、またはコントローラ１９が他の装置と通信するのを補助するまたは可能にする他の任意の装置を含むことができる。

図２は、エンジンシステム２１０の別の例示的な実施形態を示している。この実施形態は、多くの点で図１の実施形態と同様であり、実施形態の中の同じ数字は通常、作図した複数の図全体を通して同じかまたは相当する要素を示す。さらに、実施形態の説明は、参照によって互いに援用され、共通する内容については、ここでは通常繰り返さない。

エンジンシステム２１０は、内燃機関２１２、エンジン吸排気システム２１４、高温（ＨＴ）冷却サブシステム２１６ａ、低温（ＬＴ）冷却サブシステム２１６ｂ、および制御サブシステム２１８を含むことができる。本明細書において、高温および低温とは相対的な用語であり、当業者に公知の冷却サブシステムに対して適切な任意の温度範囲が含まれ得る。

エンジン吸排気システム２１４は、吸気サブシステム２２４および排気サブシステム２２６を含むことができる。エンジン吸排気システム２１４はまた、排気サブシステム２２４と吸気サブシステム２２６とにまたがって接続された第１のまたは高圧（ＨＰ）の排気ガス再循環（ＥＧＲ）サブシステム２２８を含むことができる。エンジン吸排気システム２１４は、吸気サブシステム２２４と排気サブシステム２２６との間に配置され、排気サブシステム２２６内のタービン２３２と、吸気サブシステム２２４内のコンプレッサ２３４とを有する、任意のタイプのターボチャージャ２３０をさらに含むことができる。エンジン吸排気システム２１４はさらに、排気サブシステム２２４のタービン２３２よりも下流の部分とコンプレッサ２３４の上流部分とにまたがって接続された第２のまたは低圧（ＬＰ）のＥＧＲサブシステム２２９を含むことができる。

吸気サブシステム２２４は、吸気端部２３６、ターボチャージャコンプレッサ２３４、コンプレッサ２３４の下流の給気冷却器（ＣＡＣ）２４０、吸気絞り弁２４２、および吸気マニホルド２４４を含むことができる。排気サブシステム２２６は、排気マニホルド２４６、ターボチャージャタービン２３２、および排出装置２４８を含むことができる。ＨＰ ＥＧＲサブシステム２２８は、第１のまたはＨＴ ＥＧＲ冷却器２５０ａ、第２のまたはＬＴ ＥＧＲ冷却器２５０ｂ、およびＥＧＲ弁２５２を含むことができる。同様に、ＬＰ ＥＧＲサブシステム２２９は、第１のまたはＨＴ ＥＧＲ冷却器２５１ａ、第２のまたはＬＴ ＥＧＲ冷却器２５１ｂ、およびＥＧＲ弁２５３を含むことができる。一実施形態では、ＬＴ冷却サブシステム２１６ｂは、間接的な給気冷却を使用することができ、例えば、ＣＡＣ２４０には、冷却剤対ガスタイプのＣＡＣを含めることができる。

ＨＴ冷却サブシステム２１６ａは、ファン２５８を備えた、またはこれのないラジエータ２５６ａ、第１のまたはＨＴの冷却剤ポンプ２６０ａ、サーモスタット弁２６２、第１のＨＴ ＥＧＲ冷却器２５０ａおよび第２のＨＴ ＥＧＲ冷却器２５１ａ、ならびに第１のまたはＨＴの冷却剤弁２６３ａを含むことができる。ＬＴ冷却サブシステム２１６ｂは、ファン２５８を備えた、またはこれのないラジエータ２５６ｂ、第２のまたはＬＴの冷却剤ポンプ２６０ｂ、第１のＬＴ ＥＧＲ冷却器２５０ｂおよび第２のＬＴ ＥＧＲ冷却器２５１ｂ、ならびに第２のまたはＬＴの冷却剤弁２６３ｂを含むことができる。

ＨＴ冷却サブシステム２１６ａおよびＬＴ冷却サブシステム２１６ｂはまた、冷却サブシステム２１６ａ、２１６ｂ内の１つまたは複数の位置で油圧を検出する１つまたは複数の装置２６４ａ〜２６４ｉを含む。この場合に複数の検出装置が使用され、これらの検出装置は様々な位置で油圧を検出して、位置間での冷却剤の差圧を求めるために評価され得る信号を出力することができる。検出装置２６４ａ〜２６４ｉは、制御サブシステム２１８の一部としてもよく、かつ／またはこれに接続されてもよい（相互接続部は図示していない）。

第１の例では、またＨＴ冷却サブシステム２１６ａに関連して、第１の検出装置２６４ａを、ＨＴ冷却剤ポンプ２６０ａの下流でかつエンジン２１２の上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ポンプとサーモスタット弁との間にあり、冷却剤をＨＴ ＥＧＲ冷却器２５０ａ、２５１ａに供給する支線を含む合流部のすぐ上流、すぐ下流、または合流部に装置２６４ａを配置することができる。本明細書では、すぐ上流またはすぐ下流という用語には、ある種の装置または部品を観測および／または診断するのに十分なだけ、その装置または部品に近接することが含まれる。この例では、装置２６４ａを使用して、ポンプ２６０ａの動作、サーモスタット２６２の動作、および／またはＨＴ ＥＧＲ冷却器２５０ａ、２５１ａへの冷却剤の流れを観測および診断することができる。

第２の例では、第２の検出装置２６４ｂを、エンジン２１２の下流でかつＨＴラジエータ２５６ａの上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ＨＴ冷却剤弁２６３ａのすぐ上流、すぐ下流、またはＨＴ冷却剤弁２６３ａに装置２６４ｂを配置して、ＨＴ冷却剤弁２６３ａの動作を観測および診断することができる。

第３の例では、第３の検出装置２６４ｃを、エンジン２１２の下流でかつＨＴポンプ２６０ａの上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ＨＴラジエータ２５６ａの両端間に並列接続されたバイパス支線内に装置２６４ｃを配置して、バイパス支線を通る冷却剤の流れを観測および診断することができる。

第４の例では、第４の検出装置２６４ｄを、エンジン２１２の下流でかつＨＴポンプ２６０ａの上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ＨＴポンプ２６０ａのすぐ上流に装置２６４ｄを配置して、ポンプ２６０ａの動作を観測および診断することができる。

第５の例では、第５の検出装置２６４ｅを、ＨＴ ＥＧＲ冷却器２５０ａの下流でかつＨＴポンプ２６０ａの上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ＨＰおよびＬＰ ＨＴ冷却剤支線の合流部のすぐ上流、すぐ下流、または合流部に装置２６４ｅを配置して、ＨＴ ＥＧＲ冷却器２５０ａ、２５１ａの下流の冷却剤の流れを観測および診断することができる。

同様に、第６の例では、またＬＴ冷却サブシステム２１６ｂに関連して、第６の検出装置２６４ｆを、ＬＴ ＥＧＲ冷却器２５０ｂの下流でかつＬＴラジエータ２５６ｂの上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ＨＰおよびＬＰ ＬＴ冷却剤支線の合流部のすぐ上流、すぐ下流、または合流部に装置２６４ｆを配置して、ＬＴ ＥＧＲ冷却器２５０ｂ、２５１ｂの下流の冷却剤の流れを観測および診断することができる。

第７の例では、第７の検出装置２６４ｇを、ＬＴラジエータ２５６ｂの下流でＬＴポンプ２６０ｂの上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ＬＴポンプ２６０ｂのすぐ上流に装置２６４ｇを配置して、ポンプ２６０ｂの動作を観測および診断することができる。

第８の例では、第８の検出装置２６４ｈを、ＬＴポンプ２６０ｂの下流でＣＡＣ２４０の上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ＬＴポンプ２６０ｂのすぐ下流に装置２６４ｈを配置して、ポンプ２６０ｂの動作を観測および診断することができる。

第９の例では、第９の検出装置２６４ｉを、ＣＡＣ２４０およびＬＰ ＨＴ ＥＧＲ冷却器２５１ｂの両方の下流でかつＬＴラジエータ２５６ｂの上流の任意の適切な位置に配置することができる。この例のより具体的な事例では、ＬＴ冷却剤弁２６３ｂのすぐ上流、すぐ下流、またはＬＴ冷却剤弁２６３ｂに装置２６４ｉを配置して、ＬＴ冷却剤弁２６３ｂの動作を観測および診断することができる。

本発明の一実施形態には、エンジンシステムの冷却サブシステムを、その冷却サブシステム内で検出された動的油圧に応じて診断する例示的な方法があり得る。その方法は、例えば、上記の例示的なエンジンシステム１０、２１０の一方または両方の動作環境内で使用可能な１つまたは複数のコンピュータプログラムとして、少なくとも部分的に実行することができる。当業者には、本発明のいくつかの実施形態による方法が、他の動作環境内の他のエンジンシステムを使用して実行することもできると分かるであろう。ここで図３を参照すると、例示的な方法３００が、フローチャートの形態で示されている。方法３００についての説明を進めるに当たり、図１または図２のエンジンシステム１０、２１０を参照する。

ステップ３１０で示すように、方法３００は任意の適切な態様で開始することができる。例えば、方法３００は、図１のエンジンシステム１０にあるエンジン１２の始動で開始することができる。

ステップ３２０で、１つまたは複数のエンジンシステムパラメータを観測することができ、そのパラメータを、冷却サブシステムを診断する際に処理され得る入力として使用することができる。例えば、エンジン回転数が、１つまたは複数のシャフト位置センサまたは回転数センサで検出されてもよいし、または冷却剤温度が、１つまたは複数の温度センサまたはサーモスタットセンサで検出されてもよい。

他のセンサおよび関連パラメータを使用することができ、例えば、エンジン燃焼室と連通する圧力センサは、エンジンシリンダ圧力を測定することができ、吸気および排気マニホルド圧力センサは、燃焼室に出入りするガス流の圧力を測定することができ、吸入空気質量流量センサは、吸気サブシステム内の流入空気流を測定することができ、かつ／または吸気マニホルド質量流量センサは、エンジンへの吸気ガスの流れを測定することができる。さらに他のセンサおよび関連パラメータとして、エンジンに向かう吸気ガス流の温度を測定する温度センサ、ターボチャージャに適切に連結されて、ターボチャージャの回転数を測定する回転数センサ、スロットル位置センサ、可変タービンジオメトリ（ＶＴＧ）位置センサ、排気管温度センサ、排出装置の上流および下流に配置された温度または圧力センサ、ならびに／あるいは排気および／または給気サブシステム内に配置された酸素（Ｏ２）センサ、任意の弁の位置を測定する位置センサが含まれ得る。

ここで開示したシステムおよび方法は、本明細書で説明したセンサに加えて、他の任意の適切なセンサおよびそれらに関連するパラメータを含むことができる。例えば、センサには、加速度センサ、車速センサ、駆動系回転数センサ、フィルタセンサ、他の流れセンサ、振動センサ、ノックセンサ、吸排気圧力センサなどが含まれ得る。言い換えると、任意のセンサを使用して、電気的、機械的、および化学的パラメータを含めた任意の適切な物理パラメータを検出することができる。本明細書では、センサという用語には、任意のエンジンシステムパラメータおよび／またはそのようなパラメータの様々な組み合わせを検出するのに使用される、任意の適切なハードウェアおよび／またはソフトウェアが含まれ得る。

ステップ３３０で、エンジンシステムの冷却サブシステムの油圧を検出することができる。例えば、冷却サブシステム１６の任意の適切な位置に配置された検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉを含めた任意の適切な検出装置を使用して、動的油圧を検出することができる。検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂの部品または装置内の冷却剤圧力を検出することができる。圧力測定結果は、前処理して、または前処理せずに検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉから制御サブシステム１８、２１８に送ることができる。

ステップ３４０で、検出した動的油圧から少なくとも１つのパラメータを抽出することができる。本明細書では、動的油圧関連パラメータには、例えば、加速度、周期、振幅、周波数、波長、強度、速度、方向、および／または他の任意の同様なパラメータが含まれ得る。任意の適切な装置により、任意の適切な態様でパラメータを抽出することができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、単に、油圧信号を制御サブシステム１８、２１８に供給するスタンドアロン型センサを含むことができる。あるいは、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、前処理された信号を制御サブシステム１８、２１８に供給する内蔵型の前処理用電子回路を備えたセンサ、および／またはここで開示した方法の一部を実行でき、適切な警告信号を他の車両システムに出力できる内蔵型の処理用電子回路を備えたセンサを含むことができる。

センサ測定値を調整するか、または処理し、そのように調整した、または前処理した出力をさらに処理するために供給するいくつかの公知の技術のいずれかを使用することができる。例えば、圧力信号をフィルタにかける、増幅する、調整するなどが可能である。任意の適切な前処理用ソフトウェアおよび／または装置を使用して、信号の容量を削減し、信号の内容を抽出することができ、処理には、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）、ウエーブレット解析、主成分分析などが含まれ得る。動圧測定値は、デジタル値またはアナログ値とすることができ、動圧測定値には、特定の期間にわたって特定の周波数でサンプリングされた離散圧力測定値を含めることができる。例えば、動圧測定結果を１秒間にわたって１ｋＨｚの率でサンプリングして、１，０００個の離散した圧力測定値を得ることができる。

ステップ３５０で、冷却サブシステムの少なくとも１つの状態を分析して、冷却サブシステムについて診断を下すことができる。任意の適切な分析技術により、診断を行うことができる。例えば、制御サブシステム１８、２１８は、検出した圧力信号から抽出されたパラメータ値を受け取り、そのパラメータ値を考慮した命令を実行し、制御信号、警告信号などの適切な出力信号を送ることにより、状態を診断することができる。適切なエンジンシステム試験または較正から実験モデルを作成することができ、この実験モデルは、診断を下すために、例えば、参照テーブル、マップ、式、アルゴリズム、および／または他のエンジンシステムのパラメータ値を含む、または含まない、抽出されたパラメータを用いて処理できる同様なものなどの、変量を使用して何かを表す任意の構成を含むことができる。当然、モデルは用途を特化することができ、特に任意の所与のエンジンシステムの正確な設計および性能仕様に合わせて特化することができる。

別の例では、人工知能またはニューラルネットワークを使用して、前処理したデータの結果を評価することができる。ニューラルネットワークを使用して、ネットワークが前もって学習したシステム状態を検出することができる。ニューラルネットワークは、検出した動的油圧信号から１つまたは複数の圧力関連パラメータを導出するように学習することができる。より具体的には、ネットワークは、所与の入力に対して所与の出力を生成するように学習することができ、経験に基づいた、特定の入力に対する適応的重みづけを含むことができる。ネットワークは、ダイナモメータなどによる、機器を備えた車両のエンジンの実験的エンジンシステム較正に基づいて学習することができる。ニューラルネットワークが学習した後、ニューラルネットワークを制御サブシステム１８、２１８に実装して、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉおよび他の入力装置から受け取った入力を処理し、例えば、システム装置を制御するための、または警告もしくはアラームを出すためのいくつかの所望の出力信号を生成することができる。

ステップ３５１〜３５９は、独立して、または互いに任意に組み合わせて使用できる、ステップ３５０のいくつかの具体的な例を提示する。

ステップ３５１で、冷却サブシステム内にある装置の障害に関連する１つまたは複数のパラメータを評価して、冷却サブシステム内の実際の障害を診断または予測することができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉを、障害を起こしやすい可能性のある、冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂ内の任意の装置に配置するか、またはその装置に十分に近接して配置して、装置障害によって発生した特定の信号またはパラメータを確実に検出することができる。例えば、ポンプ６０、２６０、サーモスタット弁６２、２６２、または他の任意の装置の近くに検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉを配置することができる。一例として、圧力信号の周波数領域を評価して、ポンプ６０、２６０に何らかの障害が発生したかどうかを判断することができる。このステップは、例えば、冷却剤温度が大幅に上昇する前の、また、従来からの温度センサが、大幅に上昇した温度測定値によって問題を知らせる前の装置障害の早期検出を可能にする。

ステップ３５２で、冷却サブシステム内にあるポンプの回転数に関連する１つまたは複数のパラメータを評価して、実際のポンプ回転数を診断または推定することができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、ポンプ６０、２６０に配置されるか、またはこれに十分近接して配置されて、ポンプ６０、２６０によって生成された油圧信号を確実に検出する１つまたは複数の油圧センサを含むことができる。特定の例では、システム１０、２１０の試験および較正などの間に、圧力信号の周波数領域をポンプ回転数と関連付けることができる。このステップは、例えば、冷却剤温度が大幅に上昇する前の、また、従来からの温度センサが、大幅に上昇した温度測定値によって問題を知らせる前のポンプ回転数の変化の早期検出を可能にする。

ステップ３５３で、体積流量に関連する１つまたは複数のパラメータを観測して、冷却サブシステムの１つまたは複数の部分を通る実際の体積流量を診断または見積もることができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂの１つまたは複数の位置に配置された油圧センサを含むことができ、例えば、乱流「騒音」を検出するために、干渉部でまたはその近くで冷却剤体積流量を測定することが望ましい。特定の例では、特定の流量パラメータに対応する特定の騒音をモデルで処理するか、またはニューラルネットワークに学習させることができ、その後、騒音を観測して体積流量を見積もることができる。冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂを通る体積流量は、再現性のある騒音特性を示す傾向にあるので、体積流量を高い信頼性で推定することができる。

ステップ３５４で、冷却サブシステム内の体積流量分流に関連する１つまたは複数のパラメータを評価して、体積流量の分流が意図したとおりに実際に行われたかどうかを診断または評価することができる。例えば、冷却剤体積流量分流の有無、または特性を評価することが望ましい、冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂの１つまたは複数の体積流量分流位置に近接して、２つ以上の油圧センサを配置することができる。例えば、図２の検出装置２６４ａ，２６４ｅ、２６４ｆをそれらのそれぞれの支流分岐部に近接させて使用することができる。このステップは、ステップ３５３で説明したのと同様であり得る。冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂ内の通常の体積流量分流は、再現性のある騒音特性を示す傾向があるので、体積流量分流を高い信頼性で評価することができる。

ステップ３５５で、冷却剤温度に関連する、例えば、冷却剤の波の速度などの１つまたは複数のパラメータを評価して、冷却サブシステム内の実際の冷却剤温度を診断する、または推定することができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、冷却剤温度を推定するのが望ましい、冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂの任意の位置に、１つまたは複数のハイドロホンおよび／または油圧センサを含むことができる。特定の例では、装置６４、２６４ａ〜２６４ｉを側枝管またはヘルムホルツ共鳴器内に配置することができ、そのような管または共鳴器の固有振動数は、音響の速度変化とともに変わり、音響の速度変化は、サブシステム内の温度変化に合わせて較正され得る。したがって、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、冷却サブシステム内の従来からの冷却剤温度センサを補う、またはこれにとって代わることができる。

ステップ３５６で、冷却サブシステムの漏れに関連する１つまたは複数のパラメータを観測して、冷却サブシステム内の実際の漏れを診断または予測することができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、漏れやすい可能性のある、冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂ内の位置に配置されるか、またはその位置に十分近接して配置されて、実際の漏れによって発生した音響信号を確実に検出する油圧センサを含むことができる。特定の例では、音響波を電圧信号に変換するために、サブシステムの導管または導波管上の部品に圧電センサを取り付けることができ、電圧信号を増幅し、フィルタにかけ、処理して、加圧された冷却サブシステム内のオリフィス、クラック、および／または腐蝕部を通じてなど、流体漏洩部分から出るエネルギ含量を求めることができる。このステップは、例えば、冷却剤温度が大幅に上昇する前の、また、従来からの温度センサが、大幅に上昇した温度測定値によって問題を知らせる前の漏れの早期検出を可能にする。

ステップ３５７で、冷却サブシステム内の冷却剤の局所沸騰に関連する１つまたは複数のパラメータを観測して、冷却サブシステム内の実際の沸騰を診断または予測することができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、局所沸騰しやすい可能性のある、冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂ内の位置に配置されるか、またはその位置に十分近接して配置されて、実際の沸騰によって発生した圧力信号を確実に検出する１つまたは複数の油圧センサを含むことができる。特定の例では、冷却剤気泡の増大および崩壊により、特定の音響的痕跡が現れ、この音響的痕跡を装置６４、２６４ａ〜２６４ｉによって検出し、制御サブシステム１８、２１８により特定することができる。このステップは、例えば、冷却剤温度が大幅に上昇する前の、また、従来からの温度センサが、大幅に上昇した温度測定値によって問題を知らせる前の局所沸騰の早期検出を可能にする。

ステップ３５８で、冷却サブシステムの可変制御弁に関連する１つまたは複数のパラメータを観測して、その弁の位置、開いたまたは閉じたパーセントなどを診断する、または見積もることができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、図２の弁２６３ａ、２６３ｂなどの弁に近接して配置された１つまたは複数の油圧センサを含むことができる。このステップはステップ３５３と同様であり、一例にすぎないが、体積流量を分析して、弁が開いたかどうかを評価することができる。

ステップ３５９で、冷却サブシステム内のキャビテーションに関連する１つまたは複数のパラメータを観測して、冷却サブシステム内の実際のキャビテーションを診断または予測することができる。例えば、検出装置６４、２６４ａ〜２６４ｉは、キャビテーションを起こしやすい可能性のある、冷却サブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂ内の位置に配置されるか、またはその位置に十分近接して配置されて、実際のキャビテーションによって発生した圧力信号を確実に検出する１つまたは複数の油圧センサを含むことができる。このステップは、例えば、損傷が発生し、冷却剤温度が大幅に上昇する前の、また、従来からの温度センサが、大幅に上昇した温度測定値によって問題を知らせる前のキャビテーションの早期検出を可能にする。

ステップ３６０で、方法３００を任意の適切な態様で終了することができる。例えば、方法３００は、図１または図２のエンジンシステム１０、２１０のエンジン１２、２１２の停止で終了することができる。

冷却サブシステム、またはエンジンシステムの他の任意のサブシステムもしくは部分の任意の適切な制御に対する入力として、方法３００を使用することができる。一例では、方法３００を使用して、可変ポンプ回転数の閉ループ制御用の入力パラメータを生成することができる。別の例では、その方法を使用して、制御可能なまたは能動的なサーモスタットを通る冷却剤の流れを制御することができる。もちろん、可変ポンプ回転数またはサーモスタットを通る流れの制御は、エンジン回転数、負荷、車速、吸気マニホルド温度、および／または他の任意のパラメータなどの他のパラメータを必要とすることもある。

図１または図２のシステム１０、２１０またはサブシステム１６、２１６ａ、２１６ｂなどの製造品の一部として、ならびに／あるいは制御サブシステム１８、２１８により保存および／または実行できるコンピュータプログラムの一部として、方法３００またはその任意の部分を実施することができる。コンピュータプログラムは、能動的および非能動的両方の様々な形態で存在することができる。例えば、コンピュータプログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能コード、または他のフォーマットのプログラム命令で構成されるソフトウェアプログラム、ファームウェアプログラム、またはハードウェア記述言語（ＨＤＬ）ファイルとして存在することができる。記憶装置およびシグナル（ｓｉｇｎａｌ）を含めたコンピュータで使用可能な媒体上に、上記のいずれかを圧縮または非圧縮の形態で具現化することができる。例示的なコンピュータで使用可能な記憶装置には、通常のコンピュータシステムＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能、プログラム可能ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（電気消去可能、プログラム可能ＲＯＭ）、および磁気または光ディスクあるいは磁気または光テープが含まれる。

１つまたは複数のコンピュータプログラム、および参照テーブル、式、アルゴリズム、マップ、モデルなどとしてメモリ内に保存された様々なエンジンシステムデータまたは命令によって、ここに開示した方法の少なくとも一部を使用可能にすることができる。いずれにせよ、制御サブシステム１８、２１８は、センサから入力信号を受け取り、センサ入力信号を考慮して命令またはアルゴリズムを実行し、適切な出力信号を様々なアクチュエータに送ることにより、エンジンシステムパラメータを制御することができる。

本発明の実施形態についての上記の説明は、本質的に単なる例示であり、したがって、その変形形態を本発明の趣旨および範囲から逸脱するとみなすべきではない。

Claims (20)

1. エンジンと、
   前記エンジンの少なくとも一部を冷却するために前記エンジンに接続され、その内部の動的油圧を検出する油圧センサを含む冷却サブシステムと、
   前記検出した動的油圧からパラメータを抽出し、前記抽出したパラメータを評価して、前記冷却サブシステムの状態を診断する制御サブシステムと、
   を含むエンジンシステム。
2. 前記抽出したパラメータは、加速度、周期、振幅、周波数、波長、強度、速度、または方向の少なくとも１つである、請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記少なくとも１つの状態には、装置誤動作、装置障害、装置位置、冷却剤漏れ、冷却剤沸騰、冷却剤体積流量、冷却剤体積流量分流、冷却剤差圧、または冷却剤温度の少なくとも１つが含まれる、請求項１に記載のエンジンシステム。
4. 前記冷却サブシステムはポンプをさらに含み、前記ポンプの少なくとも１つの状態を評価するために、前記油圧センサが前記ポンプに近接して配置される、請求項１に記載のエンジンシステム。
5. 前記冷却サブシステムはサーモスタット弁をさらに含み、前記サーモスタット弁の少なくとも１つの状態を評価するために、前記油圧センサが前記サーモスタット弁にも近接して配置される、請求項４に記載のエンジンシステム。
6. 内燃機関と、
   前記エンジンに接続されたエンジン吸排気システムであって、
   前記エンジンに接続された、前記エンジンの上流にある吸気サブシステムと、
   前記エンジンに接続された、前記エンジンの下流にある排気サブシステムと、
   前記排気および吸気サブシステムにまたがって接続され、高圧（ＨＰ）高温（ＨＴ）排気ガス再循環（ＥＧＲ）冷却器を含むＨＰ ＥＧＲサブシステムと、
   前記吸気および排気サブシステム間にあり、前記排気サブシステム内のタービン、および前記吸気サブシステム内のコンプレッサを含むターボチャージャと、
   前記排気サブシステムの前記タービンよりも下流の部分および前記コンプレッサよりも上流の部分にまたがって接続され、低圧（ＬＰ）ＨＴ ＥＧＲ冷却器を含むＬＰ ＥＧＲサブシステムと、
   を含むエンジン吸排気システムと、
   前記エンジンに接続されて、前記エンジンの少なくとも一部を冷却する冷却サブシステムであって、
   動的油圧を検出する複数の油圧検出装置と、
   前記内燃機関および前記エンジン吸排気システムと流体連通し、高温（ＨＴ）ラジエータ、ＨＴ冷却剤ポンプ、サーモスタット弁、ＨＰおよびＬＰ ＨＴ ＥＧＲ冷却器、ならびにＨＴ冷却剤弁を有するＨＴ冷却サブシステムと、
   を含む冷却サブシステムと、
   前記検出した動的油圧からパラメータを抽出し、前記抽出したパラメータを評価して、前記冷却サブシステムの状態を診断する制御サブシステムと、
   を含むエンジンシステム。
7. 前記複数の油圧検出装置の１つは、前記ＨＴ冷却剤ポンプの下流でかつ前記エンジンの上流に配置される、請求項６に記載のエンジンシステム。
8. 前記複数の油圧検出装置の１つは、前記エンジンの下流でかつ前記ＨＴラジエータの上流に配置される、請求項６に記載のエンジンシステム。
9. 前記ＨＴ冷却剤弁の動作を観測および診断するために、前記検出装置が前記ＨＴ冷却剤弁に近接する、請求項８に記載のエンジンシステム。
10. 前記複数の油圧検出装置の１つは、前記エンジンの下流でかつ前記ＨＴポンプの上流に配置される、請求項６に記載のエンジンシステム。
11. 前記複数の油圧検出装置の１つは、前記エンジンの下流でかつ前記ＨＴポンプの上流に配置される、請求項６に記載のエンジンシステム。
12. 前記複数の油圧検出装置の１つは、前記ＨＴ ＥＧＲ冷却器の下流でかつ前記ＨＴポンプの上流に配置される、請求項６に記載のエンジンシステム。
13. 前記内燃機関および前記エンジン吸排気システムと流体連通し、低温（ＬＴ）ラジエータ、ＬＴ冷却剤ポンプ、ＬＰ ＬＴ ＥＧＲ冷却器、ＬＴ冷却剤弁、および複数の油圧検出装置を有するＬＴ冷却サブシステムをさらに含む、請求項６に記載のエンジンシステム。
14. 前記複数の油圧検出装置の１つは、前記ＬＴ ＥＧＲ冷却器の下流でかつ前記ＬＴラジエータの上流に配置される、請求項１３に記載のエンジンシステム。
15. ＬＴ ＥＧＲ冷却器の下流の冷却剤の流れを観測および診断するために、前記検出装置がＨＰおよびＬＰ ＬＴ冷却剤支線の合流部に近接する、請求項１４に記載のエンジンシステム。
16. 前記複数の油圧検出装置の１つは、前記ＬＴラジエータの下流でかつ前記ＬＴポンプの上流に配置される、請求項１３に記載のエンジンシステム。
17. 前記吸気サブシステムは給気冷却器（ＣＡＣ）を含み、前記複数の油圧検出装置の１つは、前記ＬＴポンプの下流でかつ前記ＣＡＣの上流に配置される、請求項１３に記載のエンジンシステム。
18. 前記ポンプの動作を観測および診断するために、前記検出装置が前記ＬＴポンプのすぐ下流に配置される、請求項１７に記載のエンジンシステム。
19. 前記吸気サブシステムは給気冷却器（ＣＡＣ）を含み、前記複数の油圧検出装置の１つは、前記ＣＡＣおよび前記ＬＰ ＨＴ ＥＧＲ冷却器両方の下流でかつ前記ＬＴラジエータの上流に配置される、請求項１３に記載のエンジンシステム。
20. エンジンシステムの冷却システム内の動的油圧を検出し、
    前記検出した動的油圧からパラメータを抽出し、
    前記冷却サブシステムの状態を診断するために、前記抽出したパラメータを評価する、
    ことを含む方法。
    
    

Images