JP6245236B2

JP6245236B2 - 内燃機関の冷却装置

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Publication number: JP6245236B2
Application number: JP2015168044A
Authority: JP
Inventors: 仁己杉本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: US20170058756A1; US10060332B2; JP2017044166A; CN106481430B; CN106481430A

Description

本発明は、内燃機関の冷却装置に関し、詳しくは、内燃機関の冷却装置を構成するサーモスタットの故障診断を行なう内燃機関の冷却装置に関する。

従来、この種の内燃機関の冷却装置としては、内燃機関の冷却水路の出口に取り付けられた温度センサからのセンサ値と、内燃機関の冷却水路からの冷却水をラジエータを経由して還流させる循環通路のラジエータの上流側に取り付けられた温度センサからのセンサ値とに基づいてサーモスタットの故障診断を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、内燃機関が燃焼駆動により運転されているときや、内燃機関が間欠停止中や燃料カット中でも冷却水を循環させる電動ポンプが駆動停止しているときには、良好にサーモスタットの故障診断を行なうことができると判断する。一方、内燃機関が間欠停止中や燃料カット中で電動ポンプが駆動しているときには良好にサーモスタットの故障診断を行なうことができないと判断する。

特開２０１５−６３９１１号公報

上述の内燃機関の冷却装置では、内燃機関の冷却水温度が低い冷間始動時には、早期暖機のために内燃機関の始動開始から冷却水がある程度の温度に至るまで冷却水を循環させる電動ポンプの駆動を停止することが行なわれる場合がある。この場合、冷却水は循環せずに滞留するため、サーモスタットの故障診断を適正に行なうことができない。

本発明の内燃機関の冷却装置は、内燃機関の冷間始動時にサーモスタットの故障診断をより適正に行なうことを主目的とする。

本発明の内燃機関の冷却装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関の冷却装置は、
ラジエータと、
内燃機関の冷却水流路の入口に冷却水を供給する電動ポンプと、
前記内燃機関の冷却水流路からの冷却水を前記ラジエータを経由して前記電動ポンプに供給する第１流路と、
前記内燃機関の冷却水流路からの冷却水を前記ラジエータを経由せずに前記電動ポンプに供給する第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路との合流部で前記第２流路の冷却水の温度が第１所定温度に至るまでは前記第１流路に冷却水が流れないように調整するサーモスタットと、
前記第１流路の前記ラジエータの上流側に取り付けられて前記第１流路内の冷却水の温度を検出する温度センサと、
前記内燃機関の冷間始動時には、前記内燃機関の始動開始から前記電動ポンプを駆動停止状態で保持し、前記内燃機関の冷却水流路の冷却水が前記第１所定温度より低い第２所定温度に至ったときに前記電動ポンプを駆動する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の冷間始動時に前記電動ポンプの駆動を開始したときに、前記温度センサにより検出される温度の所定時間における変化量が所定変化量以上のときには前記サーモスタットが開故障であると診断する、
ことを特徴とする。

この内燃機関の冷却装置では、内燃機関の冷間始動時には、内燃機関の始動開始から電動ポンプを駆動停止状態で保持する。このため、内燃機関の冷却水流路や第１流路、第２流路の冷却水は流れることなく滞留し、内燃機関の冷却水流路の冷却水は早期に温度上昇する。そして、内燃機関の冷却水流路の冷却水が、第１所定温度より低い第２所定温度に至ったときに電動ポンプを駆動する。このとき、サーモスタットが正常に作動しているときには、サーモスタットは第１流路に冷却水が流れないように調整するから、内燃機関の冷却水流路からの冷却水は第２流路に流れ、第１流路には流れない。このため、第１流路のラジエータの上流側に取り付けられた温度センサにより検出される温度はほとんど変化しない。一方、サーモスタットに開故障が生じているときには、内燃機関の冷却水流路からの冷却水は第２流路だけでなく第１流路にも流れる。このため、第１流路のラジエータの上流側に取り付けられた温度センサにより検出される温度は、暖められた内燃機関の冷却水流路からの冷却水により上昇する。したがって、内燃機関の冷間始動時に電動ポンプの駆動を開始したときに、第１流路のラジエータの上流側に取り付けられた温度センサにより検出される温度の所定時間当たりの変化量が所定変化量以上のときにはサーモスタットが開故障であると診断することができる。これにより、内燃機関の冷間始動時に、サーモスタットの故障診断をより適正に行なうことができる。

ここで、「第１所定温度」としては、例えば７５℃や８０℃、８５℃などの温度を用いることができる。また、「第２所定温度」としては、例えば４５℃や５０℃、５５℃などの温度を用いることができる。「所定時間」としては、以下の２つの条件を満たす時間を用いることができる。第１の条件としては、サーモスタットにより第１流路が開成されている状態で電動ポンプの駆動により冷却水が内燃機関の冷却水流路の出口から第１流路のラジエータの上流側に取り付けられた温度センサまで到達するのに要する時間より長い時間であることを挙げることができる。第２の条件としては、サーモスタットが正常なときの冷間始動時に、電動ポンプを駆動開始してからサーモスタットに第２流路から流れる冷却水の温度が第１所定温度に至るまでに要する時間より短い時間であることを挙げることができる。「所定時間における変化量」としては、所定時間における単位時間当たりの変化量（所定時間開始時の温度と所定時間経過時の温度との差分を所定時間で除したもの）や、所定時間内における単位時間当たりの変化量（時間変化量）の最大値、所定時間内における最高温度と最低温度との差分としての変化量などを用いることができる。「所定変化量」としては、例えば１℃／ｓｅｃや２℃／ｓｅｃ、３℃／ｓｅｃなどの温度の時間変化量を用いることができる。

本発明の一実施例としての内燃機関の冷却装置２０の構成の概略を模式的に示す構成図である。エンジン１０の冷間始動時にサーモスタット２８の故障診断を行なう際の処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての内燃機関の冷却装置２０の構成の概略を模式的に示す構成図である。実施例の内燃機関の冷却装置２０は、ガソリンや軽油などの燃料により駆動する複数気筒の内燃機関としてのエンジン１０の冷却装置として構成されている。実施例の内燃機関の冷却装置２０は、ファン２４を有するラジエータ２２と、エンジン１０を冷却するための冷却水流路１２の入口１３に冷却水を供給する電動ウォーターポンプ２６と、サーモスタット２８と、電子制御ユニット６０と、を備える。

エンジン１０の冷却水流路１２の出口１４には、冷却水をラジエータ２２を経由して電動ウォーターポンプ２６側に戻す第１流路３０が接続されている。第１流路３０のラジエータ２２の上流側（出口１４とラジエータ２２との間）であって、エンジン１０の冷却水流路１２の出口１４に近い位置には、第１流路３０内の冷却水の温度（ラジエータ流入水温ＴＨ）を検出する温度センサ３２が取り付けられている。

エンジン１０の冷却水流路１２の出口１４には、冷却水をラジエータ２２を経由せずに電動ウォーターポンプ２６側に戻す第２流路４０が接続されている。実施例では、第２流路４０には、内燃機関の排気を吸気側に還流する排気還流装置（図示せず）の排気を冷却するＥＧＲクーラー５０からスロットルボディ５２、ＥＧＲバルブ５４を流れて合流部５９で合流する流路と、ＥＧＲクーラー５０から排気熱回収器５６、ヒータコア５８を流れて合流部５９で合流する流路とを有する。なお、排気還流装置やＥＧＲクーラー５０、スロットルボディ５２、ＥＧＲバルブ５４、排気熱回収器５６、ヒータコア５８については、本発明の中核をなさないため、これ以上の詳細な説明は省略する。

サーモスタット２８は、第１流路３０と第２流路４０との合流部に取り付けられており、合流部における第２流路４０の冷却水の温度が第１所定温度に至るまでは第１流路３０に冷却水が流れないように調整する。ここで、第１所定温度としては、例えば７５℃や８０℃、８５℃などの温度を用いることができる。このため、サーモスタット２８は、合流部における第２流路４０の冷却水の温度が第１所定温度未満のときには、第１流路３０を閉じて第１流路３０に冷却水が流れないようする。また、サーモスタット２８は、合流部における第２流路４０の冷却水の温度が第１所定温度以上のときには、第２流路４０の冷却水の温度に応じた開度として第１流路３０を開成し、第１流路３０に流れる冷却水の流量を調整する。

電子制御ユニット６０は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭやＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポートなどを備える。電子制御ユニット６０には、エンジン１０の冷却水流路１２の出口１４近傍に取り付けられて冷却水流路１２の出口近傍の冷却水の温度を検出する温度センサ１８からのエンジン出口水温Ｔｏｕｔや、温度センサ３２からのラジエータ流入水温ＴＨなどが入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット６０からは、電動ウォーターポンプ２６への駆動制御信号や、ラジエータ２２のファン２４への駆動制御信号などが出力ポートから出力されている。

こうして構成された実施例の内燃機関の冷却装置２０では、冷却水温度が−１０℃〜−３５℃などの冷間時にエンジン１０を始動するときには、エンジン１０の早期暖機のために、エンジン１０の冷却水流路１２内の冷却水温度が第２所定温度に至るまで電動ウォーターポンプ２６を駆動停止状態で保持し、冷却水流路１２内の冷却水温度が第２所定温度に至ったときに電動ウォーターポンプ２６を駆動する。ここで、第２所定温度は、サーモスタット２８により第１流路３０を開く第１所定温度（例えば、７５℃や８０℃、８５℃など）より低い温度であり、例えば４５℃や５０℃、５５℃などを用いることができる。なお、エンジン１０の冷却水流路１２内の冷却水の温度としては、温度センサ１８により検出されるものを用いることができる。エンジン１０の冷間始動時に、エンジン１０の始動開始から電動ウォーターポンプ２６を駆動停止状態で保持すると、エンジン１０の冷却水流路１２や第１流路３０、第２流路４０の冷却水は流れることなく滞留する。このため、エンジン１０の冷却水流路１２の冷却水は早期に温度上昇する。エンジン１０の冷却水流路１２の冷却水が、第２所定温度に至ると、電子制御ユニット６０は電動ウォーターポンプ２６を駆動する。このとき、サーモスタット２８が正常に作動しているときには、サーモスタット２８に流れ込む第２流路４０の冷却水の温度が第１所定温度に至るまでは、サーモスタット２８により第１流路３０は閉じられるから、第１流路３０には冷却水が流れない。そして、サーモスタット２８に流れ込む第２流路４０の冷却水の温度が第１所定温度に至ると、サーモスタット２８は第２流路４０の冷却水の温度に応じた開度により第１流路３０を開成し、第１流路３０の冷却水の流量を調整する。

次に、エンジン１０の冷間始動時におけるサーモスタット２８の故障診断について説明する。図２は、エンジン１０の冷間始動時にサーモスタット２８の故障診断を行なう際に実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本処理ルーチンは、エンジン１０の冷間始動が行なわれたときに実行される。

冷間始動時のサーモスタット２８の故障診断は、まず、エンジン１０が運転中であるか否か（ステップＳ１００）、電動ウォーターポンプ２６の強制停止（駆動停止状態での保持）が解除されているか否か（ステップＳ１１０）、を判定する。エンジン１０が運転中ではないとき、即ちエンジン１０がまだ始動完了していないときや、エンジン１０が運転中であっても電動ウォーターポンプ２６の強制停止（駆動停止状態での保持）が行なわれているときには、電動ウォーターポンプ２６の強制停止が解除されるまで待つ処理が実行される。なお、電動ウォーターポンプ２６の強制停止が解除されると、上述したエンジン１０の冷間始動時の処理によって電子制御ユニット６０により電動ウォーターポンプ２６の駆動が開始される。

電動ウォーターポンプ２６の強制停止が解除されると、第１流路３０に取り付けられた温度センサ３２からのラジエータ流入水温ＴＨに基づいて所定時間におけるラジエータ流入水温ＴＨの単位時間当たりの変化量としての所定時間変化量ΔＴＨＷＲを算出する（ステップＳ１２０）。続いて、算出したラジエータ流入水温ＴＨの所定時間変化量ΔＴＨＷＲが予め定めた所定変化量Ｔｒｅｆ以上であるか否かを判定し（ステップＳ１３０）、所定時間変化量ΔＴＨＷＲが所定変化量Ｔｒｅｆ以上のときにはサーモスタット２８に開故障が生じていると診断して（ステップＳ１４０）、本処理ルーチンを終了する。一方、ラジエータ流入水温ＴＨの所定時間変化量ΔＴＨＷＲが所定変化量Ｔｒｅｆ未満のときにはサーモスタット２８は正常であると診断して（ステップＳ１５０）、本処理ルーチンを終了する。

サーモスタット２８が正常な場合、電動ウォーターポンプ２６の駆動が開始されても、サーモスタット２８により第１流路３０は閉じているため、第１流路３０には冷却水は流れない。このため、第１流路３０のラジエータ２２の上流側に取り付けられた温度センサ３２により検出されるラジエータ流入水温ＴＨはほとんど変化しない。一方、サーモスタット２８に開故障が生じている場合、電動ウォーターポンプ２６の駆動が開始されると、エンジン１０の冷却水流路１２からの冷却水は第２流路４０だけでなく第１流路３０にも流れる。このため、第１流路３０のラジエータ２２の上流側に取り付けられた温度センサ３２により検出されるラジエータ流入水温ＴＨは、暖められたエンジン１０の冷却水流路１２からの冷却水により上昇する。したがって、エンジン１０の冷間始動時に電動ウォーターポンプ２６の駆動を開始したときに、第１流路３０のラジエータ２２の上流側に取り付けられた温度センサ３２により検出されるラジエータ流入水温ＴＨの所定時間変化量ΔＴＨＷＲが所定変化量Ｔｒｅｆ以上のときにはサーモスタット２８が開故障であると診断することができる。

こうしたサーモスタット２８の開故障の診断を適正に行なうために、所定時間変化量ΔＴＨＷＲの算出の際の「所定時間」としては、以下の２つの条件を満たすように予め定められている。第１の条件としては、サーモスタット２８により第１流路３０が開成されている状態で電動ウォーターポンプ２６の駆動により冷却水がエンジン１０の冷却水流路１２の出口１４から第１流路３０のラジエータ２２の上流側に取り付けられた温度センサ３２まで到達するのに要する時間より長い時間であることを挙げることができる。この時間より短いと、サーモスタット２８に開故障が生じていても所定時間変化量ΔＴＨＷＲは値０近傍となり、サーモスタット２８の開故障の診断を適正に行なうことができなくなるからである。第２の条件としては、サーモスタット２８が正常なときのエンジン１０の冷間始動時に、電動ウォーターポンプ２６の駆動を開始してからサーモスタット２８に第２流路４０から流れる冷却水の温度が第１所定温度に至るまでに要する時間より短い時間であることを挙げることができる。この時間より長いと、サーモスタット２８が正常であっても第２流路４０から流れる冷却水の温度が第１所定温度に至ってサーモスタット２８の作動により第１流路３０に冷却水が流れ、所定時間変化量ΔＴＨＷＲが大きな値として算出されることにより、サーモスタット２８の開故障の診断を適正に行なうことができなくなるからである。「所定時間変化量ΔＴＨＷＲ」は、所定時間におけるラジエータ流入水温ＴＨの単位時間当たりの変化量であるから、所定時間の開始時に検出されたラジエータ流入水温ＴＨと所定時間の経過時に検出されたラジエータ流入水温ＴＨとの差分を所定時間で除したものとして計算することができる。また、所定変化量Ｔｒｅｆとしては、例えば１℃／ｓｅｃや２℃／ｓｅｃ、３℃／ｓｅｃなどを用いることができる。

以上説明した実施例の内燃機関の冷却装置２０では、エンジン１０の冷間始動時に電動ウォーターポンプ２６の駆動を開始したときに、ラジエータ２２を経由する第１流路３０に取り付けられた温度センサ３２からのラジエータ流入水温ＴＨの所定時間変化量ΔＴＨＷＲを算出する。サーモスタット２８に開故障が生じている場合、電動ウォーターポンプ２６の駆動が開始されると、エンジン１０の冷却水流路１２からの冷却水は第２流路４０だけでなく第１流路３０にも流れるから、第１流路３０に取り付けられた温度センサ３２により検出されるラジエータ流入水温ＴＨは、暖められたエンジン１０の冷却水流路１２からの冷却水により上昇する。したがって、算出した所定時間変化量ΔＴＨＷＲが所定変化量Ｔｒｅｆ以上のときにサーモスタット２８に開故障が生じていると診断することができる。これにより、エンジン１０の冷間始動時でも、サーモスタット２８をより適正に故障診断することができる。

実施例の内燃機関の冷却装置２０では、所定時間の開始時に検出されたラジエータ流入水温ＴＨと所定時間の経過時に検出されたラジエータ流入水温ＴＨとの差分を所定時間で除して得られる所定時間変化量ΔＴＨＷＲが所定変化量Ｔｒｅｆ以上のときにサーモスタット２８に開故障が生じていると診断した。しかし、所定時間内におけるラジエータ流入水温ＴＨの単位時間当たりの変化量（時間変化量）の最大値として得られる最大時間変化量が所定変化量以上のときにサーモスタット２８に開故障が生じていると診断するものとしてもよい。また、所定時間内のラジエータ流入水温ＴＨにおける最高温度と最低温度との差分としての温度変化量が所定変化量以上のときにサーモスタット２８に開故障が生じていると診断するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ラジエータ２２が「ラジエータ」に相当し、電動ウォーターポンプ２６が「電動ポンプ」に相当し、第１流路３０が「第１流路」に相当し、第２流路４０が「第２流路」に相当し、サーモスタット２８が「サーモスタット」に相当し、温度センサ３２が「温度センサ」に相当し、電子制御ユニット６０が「制御部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、内燃機関の冷却装置の製造産業などに利用可能である。

１０エンジン、１２冷却水流路、１３入口、１４出口、１８温度センサ、２０内燃機関の冷却装置、２２ラジエータ、２４ファン、２６電動ウォーターポンプ、２８サーモスタット、３０第１流路、３２温度センサ、４０第２流路、５０ＥＧＲクーラー、５２スロットルボディ、５４ＥＧＲバルブ、５６排気熱回収器、５８ヒータコア、５９合流部、６０電子制御ユニット。

Claims

ラジエータと、
内燃機関の冷却水流路の入口に冷却水を供給する電動ポンプと、
前記内燃機関の冷却水流路からの冷却水を前記ラジエータを経由して前記電動ポンプに供給する第１流路と、
前記内燃機関の冷却水流路からの冷却水を前記ラジエータを経由せずに前記電動ポンプに供給する第２流路と、
前記第１流路と前記第２流路との合流部で前記第２流路の冷却水の温度が第１所定温度に至るまでは前記第１流路に冷却水が流れないように調整するサーモスタットと、
前記第１流路の前記ラジエータの上流側に取り付けられて前記第１流路内の冷却水の温度を検出する温度センサと、
前記内燃機関の冷間始動時には、前記内燃機関の始動開始から前記電動ポンプを駆動停止状態で保持し、前記内燃機関の冷却水流路の冷却水が前記第１所定温度より低い第２所定温度に至ったときに前記電動ポンプを駆動する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記内燃機関の冷間始動時に前記電動ポンプの駆動を開始したときに、前記温度センサにより検出される温度の所定時間における変化量が所定変化量以上のときには前記サーモスタットが開故障であると診断する、
ことを特徴とする内燃機関の冷却装置。
請求項１記載の内燃機関の冷却装置であって、
前記所定時間は、前記サーモスタットにより前記第１流路が開成されている状態で前記電動ポンプの駆動により冷却水が前記内燃機関の前記冷却水流路の出口から前記第１流路の前記ラジエータの上流側に取り付けられた前記温度センサまで到達するのに要する時間より長い時間であり、且つ、前記サーモスタットが正常なときの冷間始動時に、前記電動ポンプを駆動開始してから前記サーモスタットに前記第２流路から流れる冷却水の温度が前記第１所定温度に至るまでに要する時間より短い時間である、
内燃機関の冷却装置。