JP6296427B2

JP6296427B2 - サーモスタットモニタ

Info

Publication number: JP6296427B2
Application number: JP2016061587A
Authority: JP
Inventors: 菊池　孝之; 孝之菊池; 晋高野; 慎三浦; 悟郎坂田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2018-03-20
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: JP2017172532A

Description

本発明は、サーモスタットモニタに係り、特に、車両のエンジンとヒータコアとラジエータとが経路上に配置されているエンジン冷却水経路のうちラジエータ側冷却水経路に設けられたサーモスタットの開故障を検出するサーモスタットモニタに関する。

従来から、サーモスタットの開故障を検出するサーモスタットモニタとしては、車両のエンジンとヒータコアとラジエータとが経路上に配置されているエンジン冷却水経路のうちエンジン内冷却水経路の出口部近傍に配置された出口部近傍温度センサと、ラジエータ側冷却水経路に設けられたラジエータ側温度センサとの２つの温度センサにより、エンジン内冷却水経路から流出するエンジン冷却水の温度と、ラジエータ側冷却水経路から流出するエンジン冷却水の温度との２つの温度を直接測定し、ラジエータ側冷却水経路から流出するエンジン冷却水の温度の低下を直接測定するものが知られている。

特開２０１１−０７４８２９号公報

しかしながら、サーモスタットの開故障を検出するために、出口部近傍温度センサと、ラジエータ側温度センサとの２つの温度センサを配置するための、温度センサの部品コスト、組み付け製造のための製造コスト及び温度センサの信頼性を担保するためのコスト等が増えることとなるため、ラジエータ側冷却水経路に設けられたラジエータ側温度センサを省略して出口部近傍温度センサのみによりサーモスタットの開故障を検出する方法が検討されている。

例えば、特許文献１に示すように、エンジン冷却水経路に１つの温度センサを配置した状態でサーモスタットの開故障を検出する診断装置として、車速を所定値以上に設定することを条件とするものが知られている。
しかしながら、特許文献１に示すような診断装置によれば、車速を条件としてサーモスタットの開故障を検出するために、様々なデータの取得の必要が生じ、これらを処理するために非常に複雑な処理が必要となるという問題が生じる。さらに、非常に複雑な処理を実行する制御装置にも負荷がかかるという問題もある。

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、エンジン内冷却水経路の出口部近傍に配置された温度センサにより検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、サーモスタット開故障検出手段が、ラジエータ放熱量とヒータコア放熱量との関係が所定の条件を満たす場合に、ヒータコアの放熱によるエンジン冷却水の温度の低下の状態と、サーモスタットの開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態とのうちサーモスタットの開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態が生じていることを判別することができ、比較的簡易な構成で、確実にサーモスタットの開故障を検出することができるサーモスタットモニタを提供することを目的としている。

上述した目的を達成するために、本発明は、車両のエンジンとヒータコアとラジエータとがその経路上に配置されているエンジン冷却水経路が、エンジン内冷却水経路と、ラジエータ側冷却水経路と、ヒータコア側冷却水経路とを備え、このエンジン内冷却水経路の出口部近傍に配置された温度センサにより検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、ラジエータ側冷却水経路に設けられたサーモスタットの開故障を検出するサーモスタットモニタであって、ラジエータ側冷却水経路上のラジエータから放熱されるラジエータ放熱量が、ヒータコア側冷却水経路上のヒータコアから放熱されるヒータコア放熱量より大きく、且つラジエータ放熱量とヒータコア放熱量との差が所定値以上となる場合に、サーモスタットの開故障を検出するサーモスタット開故障検出手段、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、エンジン内冷却水経路の出口部近傍に配置された温度センサにより検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、サーモスタットの開故障を検出するサーモスタットモニタにおいて、ラジエータから放熱されるラジエータ放熱量が、ヒータコアから放熱されるヒータコア放熱量より大きく、且つラジエータ放熱量とヒータコア放熱量との差が所定値以上となる場合に、サーモスタット開故障検出手段が、ヒータコアの放熱によるエンジン冷却水の温度の低下の状態と、サーモスタットの開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態とのうちサーモスタットの開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態が生じていることを判別することができ、比較的簡易な構成で、確実にサーモスタットの開故障を検出することができる。

本発明において、好ましくは、サーモスタットモニタは、さらに、車両の車速が、ラジエータ放熱量がヒータコア放熱量より大きく且つラジエータ放熱量とヒータコア放熱量との差が所定値以上となる関係を生じさせるように設定された所定の車速以上となる場合に、サーモスタット開故障検出手段を開始させる車速判定手段を有している。
このように構成された本発明においては、エンジン内冷却水経路の出口部近傍に配置された温度センサにより検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、サーモスタットの開故障を検出するサーモスタットモニタにおいて、車速が高くなるほど増大されるラジエータ放熱量が、車速に対して一定とされるヒータコア放熱量より大きく、且つラジエータ放熱量とヒータコア放熱量との差が所定値以上となる関係を生じさせる場合に、サーモスタット開故障検出手段が、ヒータコアの放熱によるエンジン冷却水の温度の低下の状態と、サーモスタットの開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態とのうちサーモスタットの開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態が生じていることを判別することができ、比較的簡易な構成で、より確実にサーモスタットの開故障を検出することができる。

本発明のサーモスタットモニタによれば、エンジン内冷却水経路の出口部近傍に配置された温度センサにより検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、サーモスタット開故障検出手段が、ラジエータ放熱量とヒータコア放熱量との関係が所定の条件を満たす場合に、ヒータコアの放熱によるエンジン冷却水の温度の低下の状態と、サーモスタットの開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態とのうちサーモスタットの開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態が生じていることを判別することができ、比較的簡易な構成で、確実にサーモスタットの開故障を検出することができる。

本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタが適用されたエンジン冷却装置の構成の概略図である。本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタがサーモスタットの開故障を検出する処理の手順を示すフローチャートである。本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタの車速判定手段が所定の車速の判定を行う車速とエンジンの始動開始からの経過時間との関係を示す図である。本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタのサーモスタット開故障検出手段が演算するサーモスタットの正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路の出口部近傍領域のエンジン冷却水の予想水温と、サーモスタットの開故障時のエンジン内冷却水経路の出口部近傍領域において実際に計測されたエンジン冷却水の検出水温とが、エンジンの始動開始からの経過時間に対して変化する様子を示す図である。本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタのサーモスタット開故障検出手段が演算するサーモスタットの正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路の出口部近傍領域のエンジン冷却水の予想水温と、サーモスタットの開故障時のエンジン内冷却水経路の出口部近傍領域において実際に計測されたエンジン冷却水の検出水温とが、診断時間において温度差を生じている様子を示す図である。本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタに適用されるラジエータ放熱量及びヒータコア放熱量の車速に対する放熱特性を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタについて説明する。
図１は本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタが適用されたエンジン冷却装置の構成の概略図であり、図２は本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタがサーモスタットの開故障を検出する処理の手順を示すフローチャートであり、図３は本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタの車速判定手段が所定の車速の判定を行う車速とエンジンの始動開始からの経過時間との関係を示す図である。
図１において、エンジン冷却水経路４内をエンジン冷却水が流れる様子を矢印ｆ１により例示し、冷媒循環経路４８内を冷媒が流れる様子を矢印ｆ２により例示し、外気が外気導入口部７４に向けて流入する様子を矢印ｆ３により例示している。

車両のエンジン２の冷却を行うため、エンジン冷却装置１は、エンジン２から流出したエンジン冷却水を内部で循環させてエンジンに戻すエンジン冷却水経路４と、エンジン冷却水経路４内を流れるエンジン冷却水の熱を暖房に利用するためのヒータコア６と、エンジン冷却水経路４内を流れるエンジン冷却水の熱を外部の空気中に放出するためのラジエータ８と、エンジン冷却水をエンジン冷却水経路４内において圧送するウォータポンプ１０とを有している。

エンジン冷却水経路４は、エンジン２と、ヒータコア６と、ラジエータ８と、ウォータポンプ１０とが経路上に配置されている。
ヒータコア６は、車両の車室内に温風を供給する空調用ヒータ（図示せず）の一部を構成するものであり、エンジン冷却水の熱を放熱して暖房に利用するための熱交換器として設けられている。ヒータコア６側においては、後述するように、使用者が暖房の設定を最強とし、エンジン冷却水の放熱量が最大となる状態であったとしても、エンジン冷却水の熱を放熱するヒータコア放熱量１２（ヒータコア６側の放熱量）は、比較的低い値の上限値でほぼ一定に保たれることとなる。
ラジエータ８は、エンジン冷却水を、このラジエータ８の表面に供給される冷却風との間で熱交換させ、エンジン冷却水の熱を放熱させて冷却する熱交換器として設けられている。車両の車速が増加される（高速となる）場合には、冷却風の供給量が増え、エンジン冷却水の熱を放熱するラジエータ放熱量１４（ラジエータ８側の放熱量）が増加するようになっている。

ウォータポンプ１０は、エンジン２の回転数の上昇に連動してエンジン冷却水を加圧して圧送する構造を有しているため、エンジン２の回転数が上昇する場合には、エンジン冷却水の通水量を上昇させ、よって、ラジエータ８側のエンジン冷却水の通水流量を上昇させる。よって、ラジエータ放熱量１４が増加する。同様に、ヒータコア６側のエンジン冷却水の通水流量も上昇される。エンジン２の回転数が減少する場合には、エンジン冷却水の通水量を減少させ、よって、ラジエータ８側のエンジン冷却水の通水流量を減少させる。

エンジン冷却装置１は、さらに、冷媒が循環する冷媒循環経路４８と、冷媒ガスを圧縮して圧送するコンプレッサ５０と、コンプレッサ５０から圧送された冷媒ガスから潜熱を奪って高温高圧の冷媒液とするコンデンサ５２と、この冷媒液を一旦貯留するレシーバドライヤ５４と、冷媒循環経路４８上の冷媒の冷媒圧を検出する冷媒圧センサ５６と、冷媒液を減圧して低温低圧の気液混合冷媒とするエキスパンションバルブ５８と、内部を通過する空気を冷媒との熱交換によって冷却するエバポレータ６０と、外気又は内気をエアコン本体内の空気通路（図示せず）に取り込むとともに、この取り込んだ空気を下流側である下方へ送出するブロア６２と、を有している。

エバポレータ６０は、ブロア６２の下流側に配置され、ブロア６２から送られてくる空気がエバポレータ６０内部を通過するように設けられている。ヒータコア６はエバポレータ６０の下流側において、エバポレータ６０通過後の冷風が内部を通過するように配置されている。

次に、エンジン冷却水経路４についてより詳細に説明する。
エンジン冷却水経路４は、エンジン２内のエンジン内冷却水経路１６と、エンジン内冷却水経路１６の下流側からエンジン内冷却水経路１６の入口部まで戻る冷却水循環経路１８と、エンジン２とラジエータ８との間に設けられ且つエンジン内冷却水経路１６の下流側から分岐されるラジエータ側冷却水経路２０と、エンジン２とヒータコア６との間に設けられ且つエンジン内冷却水経路１６の下流側から分岐されるヒータコア側冷却水経路２２と、エンジン内冷却水経路１６の下流側から分岐される自動変速機の作動油（ＡＴＦ）のＡＴＦウォーマ２４用のＡＴＦウォーマ側冷却水経路２６と、を備えている。
エンジン内冷却水経路１６から流出したエンジン冷却水は、冷却水循環経路１８、ラジエータ側冷却水経路２０、ヒータコア側冷却水経路２２、ＡＴＦウォーマ側冷却水経路２６のいずれかを通り、冷却水循環経路１８からエンジン内冷却水経路１６に戻るようになっている。ＡＴＦウォーマ側冷却水経路２６の下流端部は、冷却水循環経路１８の下流端部近傍に接続され、ＡＴＦウォーマ側冷却水経路２６における放熱は、本実施形態において後述するような放熱量の計算には影響を与えないと考えられる。

エンジン冷却装置１は、さらに、パワートレインコントロールモジュール２８（以下、ＰＣＭという）と、エンジン冷却水経路４のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍に配置され且つエンジン冷却水の温度を検出する温度センサ３０と、ラジエータ側冷却水経路２０上に設けられたサーモスタット３２と、車両の速度を検出する車速センサ３４と、エンジン２の各シリンダ（図示せず）の燃焼室に外気を吸気するためのインテークマニホールド６４と、インテークマニホールド６４の上流側（外気吸入側）に設けられたスロットルボディ６６と、スロットルボディ６６の上流側（外気吸入側）に設けられたエアクリーナ６８と、スロットルボディ６６の上流側（外気吸入側）の流路上に設けられた第１外気温センサ７０と、インテークマニホールド６４の流路内に設けられた第２外気温センサ７２と、エアクリーナ６８に接続され且つ外気をエアクリーナ６８に向けて導入する外気導入口部７４と、サーモスタット３２の開故障を検出するサーモスタットモニタ３６と、を備えている。

ＰＣＭ２８は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース（図示せず）と、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ（図示せず）と、車両の各部の制御を行うためのプログラム、データ及び制御信号を格納するメモリ（図示せず）と、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース（図示せず）とを備えている。本発明のサーモスタットモニタを実現するためのプログラム、およびこのプログラムの実行に使用するデータおよびテーブルは、メモリ上に格納されている。さらに、メモリには、ＣＰＵによる演算のための作業領域が設けられ、車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、メモリに記憶される。ＰＣＭ２８は、機能要素として、後述するサーモスタットモニタ３６のサーモスタット開故障検出手段３８及び車速判定手段４０を有している。

温度センサ３０は、エンジン２から流出するエンジン冷却水の温度を検出する。また、温度センサ３０は、エンジン内冷却水経路１６の下流側且つラジエータ側冷却水経路２０の上流側且つヒータコア側冷却水経路２２の上流側の領域に配置されている。温度センサ３０は、ＰＣＭ２８と電気的に接続されており、温度センサ３０で検出されたエンジン冷却水の温度が、電気信号としてＰＣＭ２８に入力されるようになっている。

サーモスタット３２は、本実施形態においては、バイメタル等を用いた機械検知式の切替弁により構成されたサーモスタット３２である。サーモスタット３２は、例えばサーミスタ等を用いた電気検知式の切替弁により構成されたサーモスタットであってもよい。また、サーモスタット３２は、ラジエータ側冷却水経路２０の通水状態を制御する機能を有するものであればよく、例えば、温度条件等に基づいて電気制御により開閉され水流を制御する電動式の水流制御バルブにより構成されていてもよい。
サーモスタット３２は、ラジエータ側冷却水経路２０上においてラジエータ８の出口部側（下流側）に設けられているが、例えば、ラジエータ８の入口部側（上流側）に設けられていてもよい。

サーモスタット３２は、エンジン冷却水の温度が所定温度よりも低いときに閉弁してラジエータ側冷却水経路２０を閉止することにより、ラジエータ側冷却水経路２０の冷却水の流れ、すなわちラジエータ８により放熱される冷却水の流れを遮断するように構成されている。サーモスタット３２が閉弁状態に維持されている間、エンジン内冷却水経路１６から流出するエンジン冷却水は、ラジエータ８側に供給されることなく、ヒータコア側冷却水経路２２を通ってヒータコア６に供給され、又は冷却水循環経路１８等を通り、その後エンジン内冷却水経路１６へと戻されることになる。このようにサーモスタット３２が閉弁状態にされている間、エンジン冷却水は、ラジエータ側冷却水経路２０内を通過しないので、エンジン冷却水がラジエータ８の放熱により冷却されないようになっている。

一方、エンジン冷却水の温度が所定温度以上になると、サーモスタット３２が開弁してラジエータ側冷却水経路２０を開放することにより、ラジエータ側冷却水経路２０の冷却水の流れ、すなわちラジエータ８により放熱される冷却水の流れを許容するように構成されている。このとき、エンジン内冷却水経路１６から流出された高温のエンジン冷却水は、ラジエータ側冷却水経路２０に流入するようになる。すなわち、サーモスタット３２が開弁状態にされている間、エンジン内冷却水経路１６から流出された高温のエンジン冷却水は、ラジエータ８で冷却された後に、温度センサ３０の下流側の冷却水循環経路１８に戻され、再びエンジン内冷却水経路１６へと戻されることになるこのようにサーモスタット３２が開弁状態にされている間、エンジン冷却水は、ラジエータ８を通過するので、エンジン冷却水がラジエータ放熱量１４を放熱し、その分冷却された状態となる。

車速センサ３４は、車両の速度を検出する。また、車速センサ３４は、ＰＣＭ２８と電気的に接続されており、車速センサ３４で検出された車両の速度が、電気信号としてＰＣＭ２８に入力されるようになっている。

第１外気温センサ７０は、スロットルボディ６６の上流側のエアクリーナ６８の近傍において、エアクリーナ６８に吸入される車両の外部空気（外気）の温度を検出する。第１外気温センサ７０は、ＰＣＭ２８と電気的に接続されており、第１外気温センサ７０で検出された外気の温度が、電気信号としてＰＣＭ２８に入力されるようになっている。
第２外気温センサ７２は、インテークマニホールド６４の流路内において、エアクリーナ６８を介してエンジン２に吸気される車両の外部空気（外気）の温度を検出する。第２外気温センサ７２は、ＰＣＭ２８と電気的に接続されており、第２外気温センサ７２で検出された外気の温度が、電気信号としてＰＣＭ２８に入力されるようになっている。
第１外気温センサ７０及び第２外気温センサ７２は、ラジエータ８近傍の位置において外気の温度を計測しており、ラジエータ８に流入する外気の温度と、第１外気温センサ７０及び/又は第２外気温センサ７２が計測する外気の温度とは、ほぼ同じ温度である。
本実施形態においては、ラジエータ８近傍の位置に配置される外気温センサの例として、第１外気温センサ７０及び第２外気温センサ７２を示しているが、外気温センサをラジエータ８近傍の他の位置に配置していてもよい。例えば、ラジエータ８の表面に供給風を供給する上流側に外気温センサを設けていてもよい。また、第１外気温センサ７０及び第２外気温センサ７２は、いずれか一方のみが設けられるようにされていてもよい。

次に、本実施形態のサーモスタットモニタ３６について説明する。
サーモスタットモニタ３６は、ＰＣＭ２８に設けられている。本実施形態のサーモスタットモニタ３６は、エンジン冷却水経路４のうちエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域に配置された温度センサ３０により検出されたエンジン冷却水の温度（エンジン出口水温とも称する。以下同じ）に基づいて、ラジエータ側冷却水経路２０に設けられたサーモスタット３２の開故障を検出する。

サーモスタットモニタ３６は、エンジン冷却水の温度がサーモスタット３２を開弁する所定温度よりも低いエンジン２の冷間時に、エンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域に配置された単一の温度センサ３０により検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、ヒータコア６の放熱によるエンジン冷却水の温度の低下と、サーモスタット３２の開故障とを判別すると共に、サーモスタット３２の開故障を確実に検出するものである。すなわち、エンジン２の冷間時には、サーモスタット３２は本来開弁しないはずであるが、サーモスタット３２の開故障が起きて、冷間時であるにもかかわらずサーモスタット３２が開弁してしまうと、エンジン２から流出したエンジン冷却水が、ラジエータ側冷却水経路２０を通過し、ラジエータ８で冷却されるため、図４において、サーモスタット３２の開故障時のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域において実際に計測されたエンジン冷却水の検出水温４４に示すように、エンジン始動後のエンジン冷却水の温度が、サーモスタット３２の正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域のエンジン冷却水の予想水温４２に比べて低くなる。

サーモスタットモニタ３６は、ラジエータ側冷却水経路２０上のラジエータ８から放熱されるラジエータ放熱量１４が、ヒータコア側冷却水経路２２上のヒータコア６から放熱されるヒータコア放熱量１２より大きく、且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａ（図６参照）以上となる条件を満たす場合に、サーモスタット３２の開故障を検出するサーモスタット開故障検出手段３８と、ラジエータ放熱量１４がヒータコア放熱量１２より大きく且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａ以上となる関係を生じさせるように設定された所定の車速Ｖ１以上となる条件を満たす場合に、サーモスタット開故障検出手段３８を開始させる車速判定手段４０と、温度センサ３０により検出されたエンジン冷却水の検出水温４４と、外気の温度４６との温度差が所定値以上となる条件を満たす場合に、サーモスタット３２の開故障の検出を開始させる温度差判定手段７６とを有する。

次に、図２乃至図６により、本実施形態のサーモスタットモニタ３６の動作及び処理内容の詳細について説明する。
図４は本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタのサーモスタット開故障検出手段が演算するサーモスタットの正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路の出口部近傍領域のエンジン冷却水の予想水温と、サーモスタットの開故障時のエンジン内冷却水経路の出口部近傍領域において実際に計測されたエンジン冷却水の検出水温とが、エンジンの始動開始からの経過時間に対して変化する様子を示す図であり、図５は本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタのサーモスタット開故障検出手段が演算するサーモスタットの正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路の出口部近傍領域のエンジン冷却水の予想水温と、サーモスタットの開故障時のエンジン内冷却水経路の出口部近傍領域において実際に計測されたエンジン冷却水の検出水温とが、診断時間において温度差を生じている様子を示す図であり、図６は本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタに適用されるラジエータ放熱量及びヒータコア放熱量の車速に対する放熱特性を示す図である。

図２及び図３に示すように、ステップＳ１においては、サーモスタットモニタ３６は、エンジンの始動時ｔ０から車速判定手段４０において、所定の車速Ｖ１以上となるか否かの判定を行う。所定の車速Ｖ１以上となる場合、例えば、車両の車速が時速５０ｋｍ以上となる場合に、ラジエータ放熱量１４がヒータコア放熱量１２より大きく且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａ以上となる関係を生じさせると想定されるのでステップＳ２に進む。所定の車速Ｖ１未満の場合、例えば、車両の車速が時速５０ｋｍ未満である場合には、図６に示すように、詳細は後述するが、ラジエータ放熱量１４がヒータコア放熱量１２より下回る場合があるなど、ラジエータ放熱量１４がヒータコア放熱量１２より大きく且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値以上となる関係を生じさせていない場合が多いと想定されるので、再びステップＳ１の最初に戻って判定を続ける。

このように、車速判定手段４０は車両の所定の車速Ｖ１を基準として、サーモスタット開故障検出手段３８を開始させるか否かの判定を行うことができる。
図３においては、エンジン２の始動開始からの経過時間においての検出された車速の一例を示している。図３においては、縦軸には車速[km/h]が示され、横軸にはエンジンの始動開始からの経過時間[sec]が示されている。ｔ０はエンジンの始動開始時点を示している。図３に示すように、ｔ１の時間において、車速が所定の車速Ｖ１以上の値となるため、車速判定手段４０が、サーモスタット開故障検出手段３８を開始させる。

ラジエータ放熱量１４がヒータコア放熱量１２より大きく且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａ以上となる関係を生じさせるように設定された所定の車速Ｖ１とは、車両がある一定の車速以上の車速を有していれば、図６に示すように、後述するようなラジエータ８とヒータコア６との放熱の特性の違いから、後述するような方法により算定されるラジエータ放熱量１４がヒータコア放熱量１２より大きい値を示し、且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａ以上となる関係を生じさせる可能性が高いと予め想定された車速である。すなわち、所定の車速Ｖ１は、通常、上述のような関係を満たすように設定された車速である。従って、車両がこのような所定の車速Ｖ１以上の車速で走行する場合、ラジエータ放熱量１４がヒータコア放熱量１２より大きく且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａ以上となる関係を有している。

ステップＳ２においては、車両が所定の車速Ｖ１以上の速度を有することとなった場合に、車速判定手段４０はサーモスタット開故障検出手段３８を開始させ、このサーモスタット開故障検出手段３８が、先ず、サーモスタット３２の正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域のエンジン冷却水を予想した予測水温４２を演算させる。

サーモスタット開故障検出手段３８が演算した予測水温４２は、図４に示されている。
図４においては、サーモスタット３２の正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域のエンジン冷却水の水温を予想した予想水温４２と、サーモスタット３２の開故障時のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域において実際に計測されたエンジン冷却水の検出水温４４とが、エンジン２の始動開始時点ｔ０からの経過時間に対して変化する様子が示されている。
図４においては、縦軸にはエンジン内冷却水経路１６の出口部領域におけるエンジン冷却水の水温[deg.C]（セルシウス度）（エンジン出口水温とも称する。以下同じ）が示され、横軸にはエンジンの始動開始からの経過時間[sec]が示されている。ｔ０はエンジンの始動開始時点を示している。サーモスタット３２の正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域のエンジン冷却水の予想水温４２が、エンジン２の始動開始時点ｔ０からの経過時間に対して示されている。また、サーモスタット３２の開故障時のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域において実際に計測されたエンジン冷却水の検出水温４４（実際水温）が、エンジン２の始動開始時点ｔ０からの経過時間に対して示されている。

ステップＳ２において、図５に示すように、車両が所定の車速Ｖ１以上の速度を有することとなった場合の時点ｔ１において、サーモスタット開故障検出手段３８は、サーモスタット３２の正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域のエンジン冷却水の予想水温４２の所定期間の変動を演算する。この予想水温４２の演算は、さまざまなパラメータの設定要素によって決定され、後述する時点ｔ１から時点ｔ２までの診断時間Ｄにおける予想水温４２を算定する。なお、この予想水温４２の演算は、時点ｔ１から時点ｔ２までの診断時間Ｄを含むより長い時間における予想水温４２を算出するように行われていてもよい。この予想水温４２の算定のために必要なデータは、ＰＣＭ２８のメモリに取得されている及び/又は新たに取得される。

ステップＳ２において、図５を参照して、上述のようにして演算された予測水温４２と実際の検出水温４４との温度差から放熱量を算定する処理を説明する。
図５においては、サーモスタット３２の正常動作時（非故障時）のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域のエンジン冷却水の予想水温４２と、サーモスタット３２の開故障時のエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域において実際に計測されたエンジン冷却水の検出水温４４とが、時点ｔ１から時点ｔ２までの診断時間Ｄにおいて温度差を生じている様子が示されている。
図５においては、縦軸にはエンジン内冷却水経路１６の出口部領域におけるエンジン冷却水の水温[deg.C]が示され、横軸にはエンジンの始動開始からの経過時間[sec]が示されている。

時点ｔ１から時点ｔ２までの診断時間Ｄにおける予想水温４２は、サーモスタット３２が正常に動作していると仮定して、エンジン内冷却水経路１６の出口部領域におけるエンジン冷却水の温度について、さまざまな設計条件に基づき、ＰＣＭ２８のサーモスタット開故障検出手段３８により算出されている。予測水温４２は、サーモスタット３２が正常に動作していると仮定した場合、すなわちラジエータ８の放熱がないものと仮定した場合のエンジン冷却水の温度の上昇を示している。
これに対し、時点ｔ１から時点ｔ２までの診断時間Ｄにおける検出水温４４は、所定の車速が車速Ｖ１以上となった時点ｔ１から所定の診断時間Ｄを経過した時点ｔ２まで、温度センサ３０が実際に検出したエンジン冷却水の温度が記録される。

図４及び図５に示すように、サーモスタット３２の開故障が生じている場合には、エンジン冷却水の検出水温４４は、ラジエータ８の放熱量があるため、予想水温４２よりも低下された温度となる。逆に、サーモスタット３２の開故障が生じていない場合には、エンジン冷却水の温度は、ラジエータ８側の放熱量がないため、予想水温４２とほぼ一致する温度となる。サーモスタット３２の開故障が生じている場合には、エンジン冷却水の温度と、予想水温４２との温度差Δｔ[deg.C]が算出される。
この温度差Δｔを基にして次の算式によりラジエータ８側の放熱量Ｑ（ラジエータ放熱量１４）が求められる。
温度差Δｔ[deg.C]×ラジエータ通水量[m³]×比熱[J/kgK]×密度[kg/m³]＝放熱量Ｑ[J]
この放熱量Ｑ[J]を診断時間Ｄの気水温度差の平均値で除することにより単位気水温度差当たりの放熱量Ｑ[W/K]が算出される。
ここで、ラジエータ通水量[m³]は、主にウォータポンプの圧力、すなわちエンジンの回転数に応じて決定される。比熱[J/kgK]は、エンジン冷却水の比熱である。密度[kg/m³]はエンジン冷却水の密度である。気水温度差は、エンジン冷却水と冷却空気との温度差である。診断時間Ｄは、ラジエータ放熱量１４の移送の遅れ時間及び温度センサ３０の時定数等を考慮して定められている。

図６においては、演算により算定されたラジエータ放熱量１４と、ヒータコア放熱量１２と、車速との関係（放熱特性の関係）が示されている。図６においては、縦軸には単位気水温度差当たりの放熱量[W/K]が示され、横軸には車速[km/h]が示されている。
図６においては、エンジン冷却水の検出水温４４と予想水温４２との温度差Δｔとから所定の方法により算出されたラジエータ放熱量１４と、ヒータコア放熱量１２と、車速との関係が示されている。ラジエータ放熱量１４は、車速の増加に対して比較的線形に増加していく関係を示すのに対し、ヒータコア放熱量１２は、車速の増加に対してほぼ一定に維持された関係を示している。ヒータコア放熱量１２は、ヒーターのＯＮ、ＯＦＦの設定、ヒーターＯＮ時の暖房強さの設定、ブロワの段数、その他ブロワの各製品の能力等によって変わる関係を有する。図６においては、エアコンを使用し且つヒーターの強さ及び設定温度を最大にした設定におけるヒータコア放熱量をヒータコア放熱量１２ａにより示している。一方、ヒーターのＯＦＦの設定におけるヒータコア放熱量をヒータコア放熱量１２ｂにより示している。すなわち、ヒータコア放熱量１２は、図６において矢印Ｂにより示すように、ヒーターの設定及びブロア６２の設定等により、放熱量の大きさが決定されるため、車速の増減により変化されない。このようなヒータコア放熱量１２の情報は、予めＰＣＭ２８側のメモリに記憶されているが、センサ等の情報により算出してもよい。本実施形態においては、例えば、ヒータコア放熱量１２として、エアコンを使用し且つヒーターの強さを最大にした設定におけるヒータコア放熱量１２ａを用いて以下の放熱量の差を算出する計算を行う。

既にステップＳ１において、車速判定手段４０がラジエータ放熱量１４がヒータコア放熱量１２よりも低くなっている可能性のある車速領域Ｃを除くように判定を行っているので、ラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａの閾値以上、例えば２００Ｗ/Ｋ以上となる場合には、ラジエータ８側での放熱量がヒータコア６側での放熱量を大きく上回っている状態と判定され、サーモスタット３２の開故障の可能性が高いと診断できる。

従って、ラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａの閾値以上、例えば２００Ｗ/Ｋ以上となる場合には、ラジエータ８側での放熱量がヒータコア６側での放熱量を大きく上回っておりサーモスタット３２の開故障の可能性が高いため、ステップＳ３に進む。なお、サーモスタット３２の開故障の検出の信頼性を高めるため、所定期間において、ラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａの閾値以上となった回数が所定の回数、例えば３回に達するまでは、ステップＳ１に戻る処理を行って処理をやり直し、所定の回数に達した後にステップＳ３に進むようにすることができる。
一方、予測水温４２と実際の検出水温４４との温度差から算定された放熱量、すなわちラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が、所定値Ａの閾値未満、例えば２００Ｗ/Ｋ未満となる場合には、車速の条件を満たしているものの、ラジエータ８側での放熱量がヒータコア６側での放熱量を十分に上回っていないため、より確実にサーモスタット３２の開故障を検出するため、ステップＳ１に戻り、最初から一連の判定を行う。

なお、ステップＳ２において、サーモスタットモニタ３６は、車両の車速が診断時間Ｄの間、車速Ｖ１以上の値に維持されているか否かを判定している車速維持判定機能も備えている。
具体的には、予測水温４２と実際の検出水温４４との温度差からラジエータ放熱量１４を算定する演算処理を行うため、所定の車速Ｖ１以上となった時点ｔ１から所定の診断時間Ｄを経過した時点ｔ２までの所定時間にわたって車速Ｖ１以上の値を継続している必要がある。
よって、サーモスタットモニタ３６は、車両の車速が診断時間Ｄの間、車速Ｖ１以上の値に維持されている場合に、診断時間Ｄを経過した時点ｔ２において求められた温度差Δｔを基にしてラジエータ放熱量１４を算定する。すなわち、サーモスタットモニタ３６は、車両の車速が診断時間Ｄの間、車速Ｖ１以上の値に維持されている場合に、ラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａの閾値以上か否かの判定を行う。
逆に、サーモスタットモニタ３６は、車両の車速が診断時間Ｄの間、車速Ｖ１以上の値に維持されていない場合、例えば、車両の車速が診断時間Ｄを経過する前に、車速Ｖ１未満の値となる場合には、車両の走行状態が安定していない状態、例えば、車両が発進及び停止を繰り返しているような状態、と判断され、より確実にサーモスタット３２の開故障を検出するため、サーモスタット開故障検出手段３８の処理を中断させ、ステップＳ１に戻って、当初から判定を行う。

ステップＳ３においては、図４に示すように、温度センサ３０が検出しているエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域の検出水温４４が、判定温度Ｅに到達しているか否かを判定する。判定温度Ｅは、エンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域の水温が判定温度Ｅ以上である場合においては、サーモスタット３２が正常に機能していると考えられ、一方、エンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域の水温が判定温度Ｅ未満である場合においては、サーモスタット３２が開故障し、ラジエータ８側で放熱されている故障状態と考えられる温度である。
すなわち、サーモスタットモニタ３６は、温度センサ３０が検出している検出水温４４が、診断時間Ｄの終了以後の適当な時点、例えば時点ｔ２において判定温度Ｅに到達しているか否かを判定する温度判定機能も備えている。

エンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域の検出水温４４が、判定温度Ｅに到達している（検出水温４４が、判定温度Ｅ以上の値となる）場合には、車両の走行状態が安定していない状態、例えば、車両が発進及び停止を繰り返しているような状態、と判断され、より確実にサーモスタット３２の開故障を検出するため、ステップＳ１に戻る。
エンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域の検出水温４４が、判定温度Ｅに到達していない（検出水温４４が、判定温度Ｅ未満の値である）場合には、ラジエータ８側での放熱量が多いため検出水温４４が低下していると考えられ、サーモスタット３２の開故障が生じていると判断される。
なお、本実施形態においては、サーモスタットモニタ３６は、時点ｔ２において判定温度Ｅに到達しているか否かを判定しているが、サーモスタットモニタ３６は、常時判定温度Ｅに到達しているか否かを判定しているような常時温度判定機能を有していてもよく、検出水温４４が、判定温度Ｅに到達した場合には一連の開故障の検出処理を中止し、ステップＳ１に戻るように設定することもできる。

ステップＳ３においては、上述のようなステップＳ１及びＳ２における判定を経た上で、温度センサ３０が検出しているエンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域の検出水温４４が、判定温度Ｅに到達しているか否かを判定することにより、ヒータコア６の放熱によるエンジン冷却水の温度の低下の状態と、サーモスタット３２の開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態とを確実に判別すると共に、温度センサ３０により検出されたエンジン冷却水の検出水温４４に基づいて、サーモスタット３２の開故障を確実に検出することができる。
また、従来設けられていたラジエータ側冷却水経路２０上の温度センサを省略した場合においても、エンジン内冷却水経路１６内の温度センサとしては、エンジン内冷却水経路１６の出口部近傍領域の検出水温４４を検出する一つの温度センサ３０のみを用いて、ヒータコア６の放熱によるエンジン冷却水の温度の低下の状態と、サーモスタット３２の開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態とを確実に判別すると共に、温度センサ３０により検出されたエンジン冷却水の検出水温４４に基づいて、サーモスタット３２の開故障を確実に検出することができる。

ステップＳ４に進み、サーモスタット３２の開故障が生じていると判定されると、サーモスタットモニタ３６がサーモスタット３２の開故障を検出する処理が終了する。サーモスタット３２の開故障が検出された場合には、ＰＣＭ２８は必要に応じてサーモスタット３２の開故障が生じている旨を、報知手段（図示せず）により使用者に報知する。

上述した本発明の一実施形態によるサーモスタットモニタによれば、エンジン内冷却水経路１６の出口部近傍に配置された温度センサ３０により検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、サーモスタット３２の開故障を検出するサーモスタットモニタ３６において、ラジエータ８から放熱されるラジエータ放熱量１４が、ヒータコア６から放熱されるヒータコア放熱量１２より大きく、且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａ以上となる条件を満たす場合に、サーモスタット開故障検出手段３８が、ヒータコア６の放熱によるエンジン冷却水の温度の低下の状態と、サーモスタット３２の開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態とのうちサーモスタット３２の開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態が生じていることを判別することができ、比較的簡易な構成で、確実にサーモスタット３２の開故障を検出することができる。

また、本実施形態によるサーモスタットモニタ３６によれば、エンジン内冷却水経路１６の出口部近傍に配置された温度センサ３０により検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、サーモスタット３２の開故障を検出するサーモスタットモニタ３６において、車速が高くなるほど増大されるラジエータ放熱量１４が、車速に対して一定とされるヒータコア放熱量１２より大きく、且つラジエータ放熱量１４とヒータコア放熱量１２との差が所定値Ａ以上となる関係を生じさせる場合に、サーモスタット開故障検出手段３８が、ヒータコア６の放熱によるエンジン冷却水の温度の低下の状態と、サーモスタット３２の開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態とのうちサーモスタット３２の開故障によるエンジン冷却水の温度の低下の状態が生じていることを判別することができ、比較的簡易な構成で、より確実にサーモスタット３２の開故障を検出することができる。

１エンジン冷却装置
２エンジン
４エンジン冷却水経路
６ヒータコア
８ラジエータ
１２ヒータコア放熱量
１４ラジエータ放熱量
１６エンジン内冷却水経路
２０ラジエータ側冷却水経路
２２ヒータコア側冷却水経路
２８パワートレインコントロールモジュール（ＰＣＭ）
３０温度センサ
３２サーモスタット
３４車速センサ
３６サーモスタットモニタ
３８サーモスタット開故障検出手段
４０車速判定手段

Claims

車両のエンジンとヒータコアとラジエータとがその経路上に配置されているエンジン冷却水経路が、エンジン内冷却水経路と、ラジエータ側冷却水経路と、ヒータコア側冷却水経路とを備え、このエンジン内冷却水経路の出口部近傍に配置された温度センサにより検出されたエンジン冷却水の温度に基づいて、上記ラジエータ側冷却水経路に設けられたサーモスタットの開故障を検出するサーモスタットモニタであって、
上記ラジエータ側冷却水経路上の上記ラジエータから放熱されるラジエータ放熱量が、上記ヒータコア側冷却水経路上の上記ヒータコアから放熱されるヒータコア放熱量より大きく、且つ上記ラジエータ放熱量と上記ヒータコア放熱量との差が所定値以上となる場合に、上記サーモスタットの開故障を検出するサーモスタット開故障検出手段、を有することを特徴とするサーモスタットモニタ。
さらに、車両の車速が、上記ラジエータ放熱量が上記ヒータコア放熱量より大きく且つ上記ラジエータ放熱量と上記ヒータコア放熱量との差が所定値以上となる関係を生じさせるように設定された所定の車速以上となる場合に、上記サーモスタット開故障検出手段を開始させる車速判定手段を有することを特徴とする請求項１に記載のサーモスタットモニタ。