JP5786778B2 - エンジンの冷却制御装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの冷却制御装置に関する。

バルブの異常を検出する技術として、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１から５で開示されている。特許文献１では電動サーモスタットのアクチュエータの作動量に基づいて電動サーモスタットの故障を検出するエンジンの冷却制御装置が開示されている。特許文献１ではこの冷却制御装置が具体的にはアクチュエータであるロータリソレノイドの実回転角および目標回転角の偏差が所定値以上の場合に電動サーモスタットが故障したと判断することが開示されている。特許文献２から５では水温に基づきサーモスタットを含むバルブの故障を判定する技術が開示されている。

特開２０００−３０３８４２号公報 特開２０１１−１０２５４５号公報 特開２００９−７４４３０号公報 特開２００４−７６６４７号公報 特開２００３−２６９１７１号公報

エンジンを冷却するにあたっては、冷却液の流通経路を切り替えるバルブを備えることで、適切な冷却を可能にすることができる。そしてこれにより、冷却損失の低減による燃費の向上を図ることができる。ところが、バルブには様々な異常が発生する虞があり、エンジンの冷却液の流通経路を切り替えるバルブの異常はエンジンの適切な冷却を妨げる結果、冷却損失の増大による燃費の悪化を招く虞があるほか、エンジンのオーバーヒート等を招く虞がある。このため、かかるバルブの異常を好適に検出可能な技術が望まれる。

本発明は上記課題に鑑み、エンジンの冷却液の流通経路を切り替えるバルブの異常を好適に検出可能なエンジンの冷却液制御装置を提供することを目的とする。

本発明はエンジンの冷却液を循環させるウォータポンプと、前記エンジンの冷却液の流通経路を切り替えるバルブと、前記ウォータポンプの駆動力を検出する駆動力検出部と、前記バルブの経路切替状態を検出する切替状態検出部と、前記駆動力検出部が検出する前記ウォータポンプの駆動力と、前記切替状態検出部が検出する前記バルブの経路切替状態に応じて予め設定された前記ウォータポンプの駆動力とに基づき、前記バルブの異常を診断する異常診断部とを備えるエンジンの冷却制御装置である。

本発明によれば、エンジンの冷却液の流通経路を切り替えるバルブの異常を好適に検出できる。

エンジンの冷却回路の概略構成図である。 冷却制御装置の概略構成図である。 シール部材および回転角センサを示す図である。 ＥＣＵの制御動作をフローチャートで示す図である。 シール部材の位置ずれ異常の一例を示す図である。 シャフトの折損異常の一例を示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はエンジンの冷却回路（以下、冷却回路と称す）１５０の概略構成図である。冷却回路１５０はエンジンの冷却制御装置（以下、冷却制御装置と称す）１００とエンジン２とヒータ３とラジエータ４とを備えている。冷却制御装置１００はウォータポンプ（以下、Ｗ／Ｐと称す）１とロータリバルブ１０とＥＣＵ３０とを備えている。冷却回路１５０は図示しない車両に搭載されている。

Ｗ／Ｐ１はエンジン２の冷却液を循環させる。Ｗ／Ｐ１は具体的には電気駆動式のＷ／Ｐであり、Ｗ／Ｐ１が吐出する冷却液はロータリバルブ１０を介してエンジン２に流入する。この点、ロータリバルブ１０は入口部Ｉｎ１、Ｉｎ２と出口部Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２とを備えており、出口部Ｏｕｔ１はシリンダブロック２ａに、出口部Ｏｕｔ２はシリンダヘッド２ｂにそれぞれ接続されている。このため、冷却液はエンジン２に流入する際、出口部Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２を介してロータリバルブ１０から流出するようになっている。

エンジン２は個別に冷却液を流入させるシリンダブロック２ａおよびシリンダヘッド２ｂを備えている。そして、出口部Ｏｕｔ１から流出した冷却液がシリンダブロック２ａに、出口部Ｏｕｔ２から流出した冷却液がシリンダヘッド２ｂに流入するようになっている。エンジン２には、出口部Ｏｕｔ１から流入した冷却液をシリンダブロック２ａ、シリンダヘッド２ｂの順で流通させるとともに、出口部Ｏｕｔ２から流入した冷却液をシリンダヘッド２ｂに流通させ、さらにシリンダヘッド２ｂでこれらを合流させた後に、合流させた冷却液をシリンダヘッド２ｂから流出させる冷却通路が設けられている。

エンジン２を流通した冷却液のうち、一部の冷却液はヒータ３を流通する。ヒータ３は空気と冷却液との間で熱交換を行い、空気を加熱する。加熱された空気は車室内の暖房に利用される。ヒータ３を流通した冷却液は入口部Ｉｎ１を介してロータリバルブ１０に流入するようになっている。ヒータ３を流通する流通経路はラジエータ４をバイパスする第１のラジエータバイパス経路Ｐ１１になっている。

エンジン２を流通した冷却液のうち、他の一部はそのまま入口部Ｉｎ１を介してロータリバルブ１０に流入するようになっている。この流通経路はラジエータ４をバイパスする第２のラジエータバイパス経路Ｐ１２になっている。エンジン２を流通した冷却液のうち、残りの一部はラジエータ４を流通する。ラジエータ４は空気と冷却液との間で熱交換を行い、冷却液を冷却する。ラジエータ４を流通した冷却液は入口部Ｉｎ２を介してロータリバルブ１０に流入するようになっている。そして、入口部Ｉｎ１、Ｉｎ２を介してロータリバルブ１０に流入した冷却液が、その後Ｗ／Ｐ１に戻るようになっている。

図２は冷却制御装置１００の概略構成図である。図２に示すように、冷却制御装置１００は具体的にはロータリバルブ１０がＷ／Ｐ１に直接設けられた構成となっている。このように設けられたロータリバルブ１０は具体的には第１の通路部１１と第２の通路部１２と回転弁体１３と駆動部１４とサーモスタット１５とを備えている。

第１の通路部１１はＷ／Ｐ１の冷却液出口部とエンジン２との間に設けられ、冷却液を流通させる。第２の通路部１２はＷ／Ｐ１の冷却液入口部とラジエータ４との間に設けられ、冷却液を流通させる。通路部１１、１２は並べて配置されている。通路部１１、１２は並べて配置された状態でＷ／Ｐ１に端部で接続されている。そして、第１の通路部１１はＷ／Ｐ１の冷却液出口部に、第２の通路部１２はＷ／Ｐ１の冷却液入口部にそれぞれ接続されている。第１の通路部１１ではＷ／Ｐ１側が上流側、第２の通路部１２ではＷ／Ｐ１側が下流側となっている。通路部１１、１２はハウジングＨを構成している。

第１の通路部１１は回転弁体１３の下流側で出口部Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２に連通している。第２の通路部１２は回転弁体１３の下流側で入口部Ｉｎ１に連通している。また、回転弁体１３の上流側および下流側で入口部Ｉｎ２に連通している。第２の通路部１２は回転弁体１３よりも下流側の部分と入口部Ｉｎ２とを連通する第１の連通部Ｂ１と、回転弁体１３よりも上流側の部分と入口部Ｉｎ２とを連通する第２の連通部Ｂ２とを備えている。なお、図１では第１の通路部１１のうち、回転弁体１３の下流側で出口部Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２に連通する部分それぞれを同位相に設けているように示しているが、これらは互いに異なる位相に設けることができる。これは通路部１１、１２の上流側の部分および下流側の部分についても同様である。

回転弁体１３は第１の通路部１１と第２の通路部１２とに介在するようにしてハウジングＨに設けられている。回転弁体１３は第１の通路部１１を流通する冷却液の流通と、第２の通路部１２を流通する冷却液の流通とを回転動作で制御する。回転弁体１３は第１の通路部１１に介在する第１の弁体部Ｒ１と、第２の通路部１２に介在する第２の弁体部Ｒ２とを備えている。弁体部Ｒ１、Ｒ２の内部は個別に空洞になっており、周壁部に設けられた開口部が弁体部Ｒ１、Ｒ２を介した冷却液の流通を可能にする。回転弁体１３は第１の通路部１１を流通する冷却液の流通と第２の通路部１２を流通する冷却液の流通とを禁止、許可することを含め、これら流通の制限、制限の解除を行うことができる。

駆動部１４はアクチュエータ１４ａとギヤボックス部１４ｂとを備えており、回転弁体１３を駆動する。アクチュエータ１４ａは具体的には例えば電動モータである。アクチュエータ１４ａは例えば油圧制御弁によって電子制御可能な油圧アクチュエータであってもよい。ギヤボックス部１４ｂはアクチュエータ１４ａの動力を回転弁体１３に伝達する。ギヤボックス部１４ｂには回転弁体１３の位相を検出可能な回転角センサ４０が内蔵されている。サーモスタット１５は第１の連通部Ｂ１に設けられている。サーモスタット１５は冷却液の温度が所定値よりも高い場合に開弁するとともに、所定値よりも低い場合（ここでは所定値以下である場合）に閉弁する。

図３はシール部材１６および回転角センサ４０を示す図である。図３ではこれらを回転弁体１３とともに示している。ロータリバルブ１０はさらにシール部材１６と回転角センサ４０とを備えている。シール部材１６は円筒状の形状を有しており、回転弁体１３の周囲に圧入によって組み付けられる。シール部材１６の材質は例えばＰＴＦＥなどの樹脂やゴム或いはこれらの組み合わせである。シール部材１６には回転弁体１３の周壁部に設けられた開口部に対応させて開口部が設けられている。シール部材１６はロータリバルブ１０においてハウジングＨおよび回転弁体１３間に設けられる。

検出対象部を含む回転角センサ４０は具体的には回転弁体１３のうち、ギヤボックス部１４ｂに接続されるシャフト部１３ａにおいて、回転弁体１３の位相を検出できるように設けられている。回転角センサ４０は回転弁体１３の位相を検出することで、ロータリバルブ１０の経路切替状態の検出を可能にする状態検知センサとなっている。

図１、図２に示すＥＣＵ３０は電子制御装置であり、Ｗ／Ｐ１やロータリバルブ１０（具体的にはアクチュエータ１４ａ）や異常ランプ５０が制御対象として電気的に接続されている。また、回転角センサ４０やエンジン２の運転状態を検出可能なセンサ群４５がセンサ・スイッチ類として電気的に接続されている。センサ群４５は例えばエンジン２の回転数ＮＥを検出可能なクランク角センサや、エンジン２の吸入空気量を計測するエアフロメータや、エンジン２に対する加速要求を行うためのアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサや、エンジン２の冷却液の温度（例えばエンジン２から流出する直前の冷却液の温度）を検知する温度センサを含む。

ＥＣＵ３０ではＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行する。そしてこれにより、以下に示す各種の制御モードを有するように冷却制御装置１００が構成される。また、以下に示す各種の機能部が実現される。

この点、冷却制御装置１００は制御モードとしてシリンダブロック２ａおよびシリンダヘッド２ｂを介した冷却液の流通を禁止する水止めモードと、シリンダブロック２ａを介した冷却水の流通を禁止するとともに、シリンダヘッド２ｂを介した冷却水の流通を許可するブロック淀みモードと、シリンダブロック２ａ、シリンダヘッド２ｂを介した冷却水の流通を許可する全流量モードとを回転弁体１３の異なる位相毎に有している。

水止めモードはエンジン２の暖機を促進可能な制御モードである。ブロック淀みモードはエンジン２の冷却損失を低減可能な制御モードである。全流量モードはエンジン２の冷却性を高めることが可能な制御モードである。この点、これらの制御モードは冷却液の流通経路を決定する条件である流通経路決定条件に応じて予め設定されている。流通経路決定条件は例えば機関運転状態であり、機関運転状態は例えばエンジン２の回転数ＮＥや負荷や冷却液の温度である。

そして、冷却制御装置１００ではＥＣＵ３０が流通経路決定条件に応じて回転弁体１３の位相を変更することでこれらの制御モードを実現するとともに、ロータリバルブ１０がこれらの制御モード間で冷却液の流通経路を切り替えるようになっている。ロータリバルブ１０は冷却液の流通経路を切り替えるバルブに相当する。水止めモードはシリンダブロック２ａおよびシリンダヘッド２ｂのうち、少なくともいずれか（例えばシリンダブロック２ａ）を介した少量の冷却液の流通を許可する制御モードであってもよい。

ＥＣＵ３０では駆動力検出部と切替状態検出部と異常診断部とが実現される。駆動力検出部はＷ／Ｐ１の駆動力を検出する。駆動力検出部は具体的にはＷ／Ｐ１の駆動力としてＷ／Ｐ１の駆動力を指標可能なパラメータであるＷ／Ｐ１の駆動電流を検出する。この点、Ｗ／Ｐ１の駆動力はＷ／Ｐ１の駆動力を指標可能なパラメータで代用されてもよく、かかる場合も本発明において駆動力検出部がＷ／Ｐの駆動力を検出することに含まれる。切替状態検出部はロータリバルブ１０の経路切替状態を検出する。切替状態検出部は具体的には回転角センサ４０の出力に基づき、ロータリバルブ１０の経路切替状態を検出する。

異常診断部は駆動力検出部が検出する駆動力と切替状態検出部が検出する切替状態とに基づき、ロータリバルブ１０の異常を診断する。異常診断部は具体的にはロータリバルブ１０が冷却液の流通経路を切り替えた場合にロータリバルブ１０の異常を診断する。また、駆動力検出部が検出する駆動力が、切替状態検出部が検出する切替状態に応じた駆動力と異なる場合に異常があると診断する。

この点、異常診断部はさらに具体的には切替状態検出部が検出する切替状態に基づき、ロータリバルブ１０の経路切替状態に応じて予め設定された所定値α、βを決定するとともに、駆動力検出部が検出する駆動力が、所定値αとの間で所定値βよりも大きく異なる場合（駆動力と所定値αとの差分α´の大きさが所定値βよりも大きい場合）に異常があると診断する。

第１の所定値である所定値αはロータリバルブ１０の経路切替状態に応じたＷ／Ｐ１の駆動力を示す。第２の所定値である所定値βは所定の大きさであり、例えば検出誤差を考慮するのに用いることができると同時にロータリバルブ１０の経路切替状態に応じたＷ／Ｐ１の駆動力の範囲を設定するのに用いることができる。

この点、Ｗ／Ｐ１の吐出量を決定する条件である吐出量決定条件が例えばロータリバルブ１０が冷却液の流通経路を切り替えた際の切替状態に応じて決まる場合には、所定値βを当該駆動力の範囲を設定するのに特段用いることなく所定値αをロータリバルブ１０の経路切替状態に応じて設定することができる。この場合、所定値βは検出誤差を考慮するのに用いることができる。吐出量決定条件は例えば機関運転状態である。

一方、所定値αはさらに例えば吐出量決定条件に応じて設定されてもよい。この場合、吐出量決定条件を検出する吐出量決定条件検出部をさらに実現することで、異常診断部はさらに吐出量決定条件検出部が検出する吐出量決定条件に基づき所定値αを決定できる。この場合も、所定値βは検出誤差を考慮するのに用いることができる。

次にＥＣＵ３０の制御動作について図４に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ３０はロータリバルブ１０が冷却液の流通経路を切り替えたか否かを判定する（ステップＳ１）。当該判定は例えば流通経路決定条件や回転角センサ４０の出力に基づき行うことができる。否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。肯定判定であれば、ＥＣＵ３０は回転角センサ４０の出力に基づきロータリバルブ１０の経路切替状態を検出するとともに（ステップＳ２）、Ｗ／Ｐ１の駆動力を検出する（ステップＳ３）。続いてＥＣＵ３０は検出した切替状態に基づき所定値α、βを決定するとともに（ステップＳ４）差分α´を算出し（ステップＳ５）、差分α´の大きさが所定値βよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６）。そして肯定判定であれば、異常ランプ５０を点灯し（ステップＳ７）、否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。

次に冷却制御装置１００の作用効果について説明する。冷却制御装置１００はＷ／Ｐ１の駆動力とロータリバルブ１０の経路切替状態とに基づきロータリバルブ１０の異常を診断することで、次に説明するように検出した切替状態と実際の流通状態との間に何かしらの異常による不一致があるか否かを判断することができ、これによりロータリバルブ１０の異常を診断できる。この点、かかる不一致が発生する事例についてまず説明する。

図５はシール部材１６の位置ずれ異常の一例を示す図である。図５では回転弁体１３に設けられた開口部のうち、Ｗ／Ｐ１に対応する開口部それぞれを塞ぐようにして発生したシール部材１６の位置ずれ異常を示す。この場合には、例えば検出した切替状態がブロック淀みモードや全流量モードに対応する状態であっても、回転弁体１３を介した冷却液の流通が生じなくなる。結果、検出した切替状態と実際の流通状態との間に不一致が生じることになる。

図６はシャフト１３ａの折損異常の一例を示す図である。図６ではシャフト部１３ａのうち、回転角センサ４０よりも回転弁体１３本体側の部分で発生したシャフト１３ａの折損異常を示す。この場合には、シャフト１３ａの折損によって回転弁体１３本体に動力が伝達されなくなる。このため、この場合には回転角センサ４０の位相と回転弁体１３本体の位相との間にずれが生じることで、検出した切替状態と実際の流通状態との間に不一致が生じることになる。

この点、これらの異常が発生した場合でも回転角センサ４０自体は流通経路決定条件に応じた正しい位相を検出することになる。このため、これらの異常は回転角センサ４０の出力を検出するだけでは検出することができない。一方、検出した切替状態と実際の流通状態との間に不一致が生じている場合、Ｗ／Ｐ１の駆動力は具体的には例えば次のようにして変化することになる。

すなわち、例えば図６に示すようなシャフト１３ａの折損異常が水止めモードからブロック淀みモードに切り替えた際に発生したとすると、検出した切替状態はブロック淀みモードに対応する状態になる一方、回転弁体１３本体の状態は水止めモードに対応したままの状態になる。そして、Ｗ／Ｐ１の吐出量は吐出量決定条件に応じて決まってくるところ、この場合には実際の流通状態がブロック淀みモードに応じた流通状態である場合と比較してＷ／Ｐ１の負荷が変化する結果、Ｗ／Ｐ１の駆動力も変化することになる。

これに対し、冷却制御装置１００はＷ／Ｐ１の駆動力とロータリバルブ１０の切替状態とを検出することで、検出した切替状態と実際の流通状態との間に不一致があるか否かを判断でき、これにより回転角センサ４０の出力を検出するだけでは検出することができない異常も検出できる点で、ロータリバルブ１０の異常を好適に診断できる。

冷却制御装置１００は検出した切替状態と実際の流通状態との間に不一致があるかを判断することで、例えば冷却液の流量を減少させる異物混入異常を検出することもできる。この点、冷却制御装置１００は例えば次に示す構成であることが判定精度の観点からも好適である。

すなわち、例えばロータリバルブ１０が冷却液の流通経路を切り替えた際の切替状態に応じて吐出量決定条件が決まる場合には、冷却制御装置１００はロータリバルブ１０が冷却液の流通経路を切り替えた場合にロータリバルブ１０の異常を診断するとともに、ロータリバルブ１０の異常を診断するにあたって、まず切替状態検出部がロータリバルブ１０の切替状態を、駆動力検出部がＷ／Ｐ１の駆動力をそれぞれ検出するとともに、切替状態検出部が検出した切替状態に基づき、異常診断部がロータリバルブ１０の経路切替状態に応じて予め設定されたＷ／Ｐ１の駆動力である所定値αを決定し、さらに駆動力検出部が検出した駆動力が所定値αと所定値βよりも大きく異なる場合にロータリバルブ１０に異常があると診断する構成であることが好適である。この場合には所定値αの設定が容易である点でも好適である。

或いは、冷却制御装置１００は例えば吐出量決定条件検出部をさらに備えるとともに、ロータリバルブ１０の異常を診断するにあたって、まず切替状態検出部がロータリバルブ１０の切替状態を、駆動力検出部がＷ／Ｐ１の駆動力を、吐出量決定条件検出部が吐出量決定条件をそれぞれ検出するとともに、切替状態検出部が検出した切替状態と吐出量決定条件検出部が検出した吐出量決定条件とに基づき、異常診断部がロータリバルブ１０の経路切替状態と吐出量決定条件とに応じて予め設定されたＷ／Ｐ１の駆動力である所定値αを決定し、さらに駆動力検出部が検出した駆動力が所定値αと所定値βよりも大きく異なる場合にロータリバルブ１０に異常があると診断する構成であることが好適である。この場合、冷却制御装置１００はロータリバルブ１０が冷却液の流通経路を切り替えた場合だけでなく、例えばその他の適宜のタイミングでロータリバルブ１０の異常を診断することもできる。

検出した切替状態と実際の流通状態との間の不一致は例えば上述したようにシール部材１６の位置ずれ異常によって発生する。このため、冷却制御装置１００は冷却液の流通を回転動作で制御する回転弁体１３と、回転弁体１３の周囲に組み付けられたシール部材１６と備えるロータリバルブ１０をバルブとする場合に好適である。

また、かかる不一致は例えば上述したようにシャフト１３ａの折損異常によって発生する。この点、ロータリバルブ１０は回転弁体１３が通路部１１、１２において冷却液の流通それぞれを回転動作で同時に制御する構成上、回転弁体１３にかかる負荷が大きい分、シャフト１３ａの折損異常の発生を考慮する必要性が高い構成となっている。このため、冷却制御装置１００は通路部１１、１２を備えるとともに、第１の通路部１１を流通する冷却液の流通と、第２の通路部１２を流通する冷却液の流通とを回転動作で同時に制御可能な回転弁体１３を備えるロータリバルブ１０をバルブとする場合に好適である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えばＷ／Ｐはエンジンの出力で駆動する機械式のＷ／Ｐであってもよい。この場合には、Ｗ／Ｐの駆動力の変化がエンジンのトルク変動として表れることから、駆動力検出部が検出するＷ／Ｐの駆動力をエンジンのトルクで代用するかたちで、Ｗ／Ｐの駆動力を検出することができる。エンジンのトルクは例えばエンジンの動力が伝達されるモータ（例えばエンジンとその他の動力装置とを動力源とするハイブリッド車両がその他の動力源として備えるモータ）のトルクを検出することで検出できる。この点、エンジンがかかるハイブリッド車両に搭載されるエンジンである場合には、エンジンのトルクを検出可能な検出装置を新たに備える必要がない点で好適である。

例えば切替状態検出部が検出する経路切替状態は制御状態としての経路切替状態である経路切替制御状態であってもよい。この場合、切替状態検出部は例えば流通経路決定条件に基づき、ロータリバルブの経路切替制御状態を検出することができる。この場合には、本来あるべき切替状態と実際の流通状態との間に不一致があるか否かでロータリバルブの異常を検出できる。

例えば経路切替状態は必ずしも特定の流通経路に対応する状態に限られず、流通経路間で流通経路を切り替える途中段階の状態であってもよい。この場合でも、切替状態と実際の流通状態との間に不一致があるか否かでロータリバルブの異常を検出できる。

Ｗ／Ｐ １
エンジン ２
ロータリバルブ １０
ＥＣＵ ３０
冷却制御装置 １００
冷却回路 １５０

Claims (1)

1. エンジンの冷却液を循環させるウォータポンプと、
   前記エンジンの冷却液の流通経路を切り替えるバルブと、
   前記ウォータポンプの駆動力を検出する駆動力検出部と、
   前記バルブの経路切替状態を検出する切替状態検出部と、
   前記駆動力検出部が検出する前記ウォータポンプの駆動力と、前記切替状態検出部が検出する前記バルブの経路切替状態に応じて予め設定された前記ウォータポンプの駆動力とに基づき、前記バルブの異常を診断する異常診断部とを備えるエンジンの冷却制御装置。

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