JP7211126B2

JP7211126B2 - 診断装置及び、診断方法

Info

Publication number: JP7211126B2
Application number: JP2019016543A
Authority: JP
Inventors: 裕松本
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-01-31
Filing date: 2019-01-31
Publication date: 2023-01-24
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: JP2020122474A

Description

本開示は、診断装置及び、診断方法に関し、特に、エンジンの冷却水回路に設けられる流路切替弁の診断装置及び、診断方法に関する。

一般に、エンジンの冷却水回路は、冷却水を外気との熱交換により冷却するラジエータや、冷却水をラジエータから迂回させるバイパス流路等を備えている。このようなバイパス流路の分岐部には、冷却水温が所定の暖機温度に達すると開弁することにより、冷却水の流れをバイパス流路からラジエータに切り替えるサーモスタット等の流路切替弁が設けられている。

流路切替弁が、例えば開固着等により機能不全に陥ると、冷却水がエンジン始動直後からラジエータを流通することになり、エンジンの暖機遅れを引き起こす要因となる。エンジンに暖機遅れが生じると、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation：以下、ＥＧＲ）装置の作動開始が遅れる等、各種エンジン制御に影響を与える虞がある。このため、流路切替弁の故障を適宜に診断することが望まれる。

例えば、特許文献１には、サーモスタットの上流側及び下流側に水温センサをそれぞれ設け、これら各水温センサの水温値を比較することにより、サーモスタットの故障を診断する技術が開示されている。

特開平１０－２６６８５８号公報

ところで、上記特許文献１記載の技術では、上流側及び下流側の各水温センサの水温値を単純に比較し、これら水温値が等しい場合、或は、略等しい場合に故障と判定している。しかしながら、例えば、エンジンが停止後に短期間で再始動する等、エンジンの運転状況によっては、サーモスタットよりも下流側の水温値が高温状態にある場合もある。このような場合、特許文献１記載の技術では、サーモスタットが正常に機能しているにもかかわらず、各水温センサの水温値が略等しい値を示すことで、サーモスタットを故障と誤判定してしまう可能性がある。

本開示の技術は、冷却水回路に設けられる流路切替弁の診断精度を効果的に向上することを目的とする。

本開示の装置は、エンジンからラジエータに冷却水を導入する上流流路と、前記ラジエータから前記エンジンに冷却水を戻す下流流路と、前記上流流路と前記下流流路とを接続して冷却水を前記ラジエータから迂回させるバイパス流路と、前記上流流路と前記バイパス流路との分岐部に設けられる流路切替弁とを含む冷却水回路の前記流路切替弁の診断装置であって、前記上流流路の前記流路切替弁よりも上流側に設けられており、前記流路切替弁よりも上流側の前記上流流路内を流れる冷却水の第１水温値を取得する第１水温取得手段と、前記上流流路の前記流路切替弁よりも下流側に設けられており、前記流路切替弁よりも下流側の前記上流流路内を流れる冷却水の第２水温値を取得する第２水温取得手段と、冷却水温が所定の暖機温度に達するよりも前の所定期間における前記第１水温値の変化量及び前記第２水温値の変化量に基づいて、前記流路切替弁の故障又は正常を診断する診断手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記流路切替弁は、冷却水温が前記暖機温度に達するまでは冷却水を前記バイパス流路に流通させると共に、冷却水温が前記暖機温度に達すると冷却水を前記ラジエータに流通させ、前記診断手段は、前記所定期間における前記第１水温値と前記第２水温値との温度差の変化率が所定の閾値以上であれば、前記流路切替弁を正常と診断し、前記変化率が前記閾値未満であれば、前記流路切替弁を故障と診断することが好ましい。

本開示の方法は、エンジンからラジエータに冷却水を導入する上流流路と、前記ラジエータから前記エンジンに冷却水を戻す下流流路と、前記上流流路と前記下流流路とを接続して冷却水を前記ラジエータから迂回させるバイパス流路と、前記上流流路と前記バイパス流路との分岐部に設けられる流路切替弁とを含む冷却水回路の前記流路切替弁の診断方法であって、前記流路切替弁よりも上流側の前記上流流路内を流れる冷却水の第１水温値を取得すると共に、前記流路切替弁よりも下流側の前記上流流路内を流れる冷却水の第２水温値を取得し、冷却水温が所定の暖機温度に達するよりも前の所定期間における前記第１水温値の変化量及び前記第２水温値の変化量に基づいて、前記流路切替弁の故障又は正常を診断することを特徴とする。

本開示の技術によれば、冷却水回路に設けられる流路切替弁の診断精度を効果的に向上することができる。

本実施形態に係る診断装置を備えたエンジン及び冷却水回路を示す模式的な全体構成図である。本実施形態に係る電子制御ユニット及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。（Ａ）は、エンジン始動後の第１水温値及び、第２水温の時間変化の一例を示す模式的なグラフであり、（Ｂ）は、（Ａ）の第１水温値と第２水温値との温度差の時間変化の一例を示す模式的なグラフである。本実施形態に係る診断処理の流れを説明するフローチャート図である。他の実施形態に係る診断装置を備えたエンジン及び冷却水回路を示す模式的な全体構成図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る診断装置及び、診断方法を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本実施形態に係る診断装置を備えたエンジン１及び冷却水回路１０を示す模式的な全体構成図である。

図１に示すように、エンジン１は、シリンダＣが形成されたシリンダブロック２を備えている。シリンダブロック２の上部に配置された不図示のシリンダヘッドには、吸気マニホールド３及び、排気マニホールド４が設けられている。吸気マニホールド３には、吸気通路５が接続され、排気マニホールド４には排気通路６が接続されている。

ＥＧＲ装置７は、排気通路６から吸気通路５に排気ガス（ＥＧＲガス）を再循環させるＥＧＲ通路７Ａと、ＥＧＲガスを冷却する、例えば水冷式のＥＧＲクーラ７Ｂと、ＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ７Ｃとを備えている。ＥＧＲ装置７の作動は、電子制御ユニット（Electronic Control Unit：以下、ＥＣＵ）１００からの指令に応じて制御される。

冷却水回路１０は、主として、ウォータジャケット１１と、上流流路１２と、ラジエータ１３と、下流流路１４と、バイパス流路１５とを備えている。

ウォータジャケット１１は、シリンダブロック２内に形成されており、その内部に流通させる冷却水により各シリンダＣを冷却する。上流流路１２は、ウォータジャケット１１の出口部と、ラジエータ１３の入口部とを接続する。ラジエータ１３は、その内部に流通させる冷却水を外気との熱交換により冷却する。

下流流路１４は、ラジエータ１３の出口部と、ウォータジャケット１１の入口部とを接続する。下流流路１４には、例えば、エンジン１の動力で駆動して冷却水を圧送するウォータポンプ１６が設けられている。なお、ウォータポンプ１６は、エンジン１の動力以外で駆動する他のポンプであってもよい。

バイパス流路１５は、上流流路１２と下流流路１４とを接続しており、冷却水をラジエータ１３から迂回させる。バイパス流路１５と上流流路１２との分岐部には、冷却水の流路を切り替え可能な流路切替弁１７が設けられている。

流路切替弁１７は、例えばワックス式のサーモスタット等の三方弁であって、流路切替弁１７を通過する冷却水の温度が所定の暖機温度ＴＷ（例えば、約８０度）未満のときは閉弁状態となり、冷却水をラジエータ１３から迂回させるバイパス流路１５に流通させる。一方、流路切替弁１７は、流路切替弁１７を通過する冷却水の温度が暖機温度ＴＷ以上になると開弁状態となり、冷却水の流れをバイパス流路１５からラジエータ１３に切り替えるようになっている。なお、流路切替弁１７は、サーモスタットに限定されず、電子制御弁等の他の切替弁であってもよいが、以下では、その一態様として流路切替弁１７をサーモスタットとして説明する。

第１水温センサ３０（第１水温取得手段の一例）は、上流流路１２のサーモスタット１７よりも上流側に設けられている。第１水温センサ３０は、ウォータジャケット１１から上流流路１２内に流入してサーモスタット１７を通過する前の冷却水Ｃ１の温度（以下、第１水温値Ｔ１という）を取得する。第２水温センサ３１（第２水温取得手段の一例）は、上流流路１２のサーモスタット１７よりも下流側に設けられている。第２水温センサ３１は、サーモスタット１７を通過して、サーモスタット１７よりも下流側の上流流路１２内を流通する冷却水Ｃ２の温度（以下、第２水温値Ｔ２という）を取得する。これら水温センサ３０，３１のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ１００に送信される。

図２は、本実施形態に係るＥＣＵ１００及び、関連する周辺構成を示す模式的な機能ブロック図である。

ＥＣＵ１００は、エンジン１等の各種制御を行うもので、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。

また、ＥＣＵ１００は、診断部１１０（診断手段）と、報知処理部１２０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

診断部１１０は、各水温センサ３０，３１から入力される第１水温値Ｔ１及び、第２水温値Ｔ２に基づいて、サーモスタット１７に故障（例えば、開固着等の機能不全）が発生しているか、或は、サーモスタット１７が正常に機能しているかを判定する故障診断を実行する。以下、診断部１１０による故障診断の詳細を説明する。

図３（Ａ）は、エンジン始動後の第１水温値Ｔ１及び、第２水温Ｔ２の時間変化の一例を示す模式的なグラフであり、図３（Ｂ）は、（Ａ）の第１水温値Ｔ１と第２水温値Ｔ２との温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔ２）の時間変化の一例を示す模式的なグラフである。

サーモスタット１７が正常に機能していれば、冷却水温が暖機温度ＴＷ（サーモスタット１７の開弁温度）に達するまでの時刻ｔ０～時刻ｔ１の間、サーモスタット１７は閉弁状態となり、冷却水はラジエータ１３を迂回してウォータジャケット１１及バイパス流路１５を循環する。このため、図３（Ａ）に実線で示すように、時刻ｔ０～ｔ１に亘って、第１水温値Ｔ１はエンジン始動から大きく上昇する一方、第２水温値Ｔ２の上昇は小さく抑えられる。すなわち、図３（Ｂ）に実線で示すように、サーモスタット１７が正常に機能していれば、エンジン始動から暖機温度ＴＷに達するまでの時刻ｔ０～ｔ１に亘って、温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔ２）は時間の経過とともに大きく上昇するようになる。

一方、サーモスタット１７が開固着等の機能不全により故障している場合、冷却水はバイパス流路１５に流通することなく、ウォータジャケット１１及ラジエータ１３を循環する。このため、図３（Ａ）に破線で示すように、各水温値Ｔ１，Ｔ２は略同程度の温度で実線よりも緩やかに上昇すると共に、各水温値Ｔ１，Ｔ２が暖機温度ＴＷに達するまでの時刻ｔ０～ｔ２の暖機時間は長くなる。すなわち、図３（Ｂ）に破線で示すように、サーモスタット１７が故障していれば、温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔ２）は殆ど変化しない状態となる。

診断部１１０は、エンジン始動から冷却水温が暖機温度ＴＷに達するまでの間において、所定期間ｔｓにおける温度差ΔＴの変化率ΔＴ％（図３（Ｂ）に示すグラフの傾きに相当）が所定の閾値以上であれば、サーモスタット１７の機能を正常と判定する。一方、診断部１１０は、エンジン始動から冷却水温が暖機温度ＴＷに達するまでの間において、所定期間ｔｓにおける温度差ΔＴの変化率ΔＴ％が所定の閾値未満であれば、サーモスタット１７を故障（例えば、開固着状態）と判定する。このように、所定期間ｔｓにおける温度差ΔＴの変化率ΔＴ％に基づいて故障診断を行うことで、各水温値Ｔ１，Ｔ２を単純に比較する場合に比べ、診断精度を効果的に向上することが可能になる。

なお、診断に用いる所定期間ｔｓや閾値等の各基準値は、エンジン１や冷却水回路１０の仕様等に応じて適宜に設定すればよい。また、これら所定期間ｔｓや閾値は、固定値に限定されず、外気温度やエンジン１の停止から再始動までのインターバル等に応じて適宜に補正してもよい。

報知処理部１２０は、診断部１１０によってサーモスタット１７が故障と判定されると、不図示の運転室内に設けられた表示器２００にサーモスタット１７が故障した旨を表示させる指示信号を出力する。なお、報知の手法は表示器２００への表示に限定されず、スピーカ２１０等による音声によって行ってもよい。

図４は、本実施形態に係る診断処理の流れを説明するフローチャート図である。本ルーチンは、例えば、エンジン１の始動と同時に開始される。

ステップＳ１００では、各水温センサ３０，３１により取得される第１水温値Ｔ１_＿１及び、第２水温値Ｔ２_＿１から第１温度差ΔＴ_＿１（＝Ｔ１_＿１－Ｔ２_＿１）を演算すると共に、演算した第１温度差ΔＴ_＿１をＥＣＵ１００のメモリに格納する。次いで、ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１００内蔵のタイマ等による計時を開始する。

ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０から計時を開始した経過時間が所定期間ｔｓに達したか否かを判定する。所定期間ｔｓに達した場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１３０に進む。一方、所定期間ｔｓに達していない場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１２０の判定を繰り返す。

ステップＳ１３０では、所定期間ｔｓに達した際に各水温センサ３０，３１により取得される第１水温値Ｔ１_＿２及び、第２水温値Ｔ２_＿２から、これらの第２温度差ΔＴ_＿２（＝Ｔ１_＿２－Ｔ２_＿２）を演算すると共に、ステップＳ１００で格納した第１温度差ΔＴ_＿１に対する第２温度差ΔＴ_＿２の変化率ΔＴ％（＝（ΔＴ_＿２－ΔＴ_＿１）／ｔｓ）を求める。

ステップＳ１４０では、変化率ΔＴ％が所定の閾値以上であるか否かを判定する。変化率ΔＴ％が閾値以上の場合（Ｙｅｓ）、本制御はステップＳ１５０に進みサーモスタット１７の機能を正常と判定する。次いで、ステップＳ１６０に進み、冷却水温が暖機温度ＴＷに達していれば、本制御はリターンされ、冷却水温が暖機温度ＴＷに達していなければ、本制御はステップＳ１００に戻される。

ステップＳ１４０の判定にて、変化率ΔＴ％が所定の閾値未満の場合（Ｎｏ）、本制御はステップＳ１７０に進み、サーモスタット１７を故障と判定する。次いで、ステップＳ１８０では、表示器２００及び、又はスピーカ２１０による報知を行い、その後、本制御はリターンされる。

以上詳述した本実施形態によれば、サーモスタット１７よりも上流側及び下流側に第１及び第２水温センサ３０，３１をそれぞれ設け、これら各水温センサ３０，３１により取得される第１及び第２水温値Ｔ１，Ｔ２の所定期間ｔｓにおける温度差ΔＴの変化率ΔＴ％に基づいて、サーモスタット１７の故障診断を行うように構成されている。これにより、例えば、エンジン１が停止後に短時間で再始動した場合等、第２水温値Ｔ２が高い状態にあっても、第１及び第２水温値Ｔ１，Ｔ２を単純に比較することで生じ得る誤判定を効果的に防止することが可能となり、診断精度を確実に向上することができる。

なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図５に示すように、バイパス流路１５に第３水温センサ３２をさらに追加して構成してもよい。この場合は、例えば、温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔ２）の変化率ΔＴ％が閾値以上であり、且つ、第１水温センサ３０により取得される第１水温値Ｔ１と、第３水温センサ３２により取得される第３水温値Ｔ３とが等しい場合（或は、略等しい場合）に、サーモスタット１７を正常と判定すればよい。このように二段階で判定を行えば、診断精度をさらに向上することが可能になる。

また、故障診断は、温度差ΔＴ（＝Ｔ１－Ｔ２）の変化率ΔＴ％に基づいて行うものとして説明したが、所定期間ｔｓにおける第１水温値Ｔ１及び、第２水温値Ｔ２の変化量（例えば、所定期間ｔｓにおける第１水温値Ｔ１の第２水温値Ｔ２に対する上昇量）に基づいて判定するように構成してもよい。

１エンジン
１０冷却水回路
１１ウォータジャケット
１２上流流路
１３ラジエータ
１４下流流路
１５バイパス流路
１７サーモスタット（流路切替弁）
３０第１水温センサ（第１水温取得手段）
３１第２水温センサ（第２水温取得手段）
１００ＥＣＵ
１１０診断部

Claims

エンジンからラジエータに冷却水を導入する上流流路と、前記ラジエータから前記エンジンに冷却水を戻す下流流路と、前記上流流路と前記下流流路とを接続して冷却水を前記ラジエータから迂回させるバイパス流路と、前記上流流路と前記バイパス流路との分岐部に設けられる流路切替弁とを含む冷却水回路の前記流路切替弁の診断装置であって、
前記上流流路の前記流路切替弁よりも上流側に設けられており、前記流路切替弁よりも上流側の前記上流流路内を流れる冷却水の第１水温値を取得する第１水温取得手段と、
前記上流流路の前記流路切替弁よりも下流側に設けられており、前記流路切替弁よりも下流側の前記上流流路内を流れる冷却水の第２水温値を取得する第２水温取得手段と、
前記バイパス流路に設けられており、前記バイパス流路内を流れる冷却水の第３水温値を取得する第３水温取得手段と、
冷却水温が所定の暖機温度に達するよりも前の所定期間における前記第１水温値の変化量及び前記第２水温値の変化量に基づいて、前記流路切替弁の故障又は正常を診断する診断手段と、を備え、
前記診断手段は、前記所定期間における前記第１水温値と前記第２水温値との差の変化率が閾値以上であり、且つ、前記第１水温値と前記第３水温値とが等しい場合に、前記流路切替弁が正常であると診断する
ことを特徴とする診断装置。
前記流路切替弁は、冷却水温が前記暖機温度に達するまでは冷却水を前記バイパス流路に流通させると共に、冷却水温が前記暖機温度に達すると冷却水を前記ラジエータに流通させ、
前記診断手段は、前記所定期間における前記第１水温値と前記第２水温値との温度差の変化率が所定の閾値以上であれば、前記流路切替弁を正常と診断し、前記変化率が前記閾値未満であれば、前記流路切替弁を故障と診断する
請求項１に記載の診断装置。
エンジンからラジエータに冷却水を導入する上流流路と、前記ラジエータから前記エンジンに冷却水を戻す下流流路と、前記上流流路と前記下流流路とを接続して冷却水を前記ラジエータから迂回させるバイパス流路と、前記上流流路と前記バイパス流路との分岐部に設けられる流路切替弁とを含む冷却水回路の前記流路切替弁の診断方法であって、
前記流路切替弁よりも上流側の前記上流流路内を流れる冷却水の第１水温値を取得すると共に、前記流路切替弁よりも下流側の前記上流流路内を流れる冷却水の第２水温値と前記バイパス流路内を流れる冷却水の第３水温値とを取得し、冷却水温が所定の暖機温度に達するよりも前の所定期間における前記第１水温値及び前記第２水温値の差の変化率が閾値以上であり、且つ、前記第１水温値と前記第３水温値とが等しい場合に、前記流路切替弁が正常であると診断する
ことを特徴とする診断方法。