JP7214987B2 - 車両 - Google Patents

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Description

本発明は、車両に関する。
自動車をはじめとする車両には、エンジンなどの動力源の冷却のために、サーモスタットやラジエータ等を有する冷却システムが知られている。
かかる冷却システムにおいては、一般に動力源を冷却する冷却水の温度を調整するために、サーモスタットを用いてラジエータ内に冷却水を流すかどうかを制御しているが、かかるサーモスタットが故障してしまうと、温度制御が上手くいかない場合が考えられる。
そのため、冷却システム内に流れる冷却水の水温を用いてサーモスタットの故障診断を行う故障診断手段を設ける構成が知られている(例えば特許文献1、2等参照)。
また一方、ラジエータ内を流れる冷却水の温度を調整するために、車両前方側に開閉可能なグリルシャッターを設けて、開閉状態を制御する構成が知られている(例えば特許文献1~3等参照)。
このようにグリルシャッターの開閉を行う構成では、例えばサーモスタットが開固着したとしても、グリルシャッターが閉じていれば温度が下がりにくくなることから、サーモスタットの故障診断がし辛いという問題が生じていた。
特開2017-171138号公報 特開2015-129460号公報 特開2017-137814号公報
本発明は以上のような課題に基づきなされたものであり、グリルシャッターを併用した時にも検知精度の高いサーモスタット故障診断手段の提供を目的とする。
本願発明の第1の請求項にかかる車両は、冷却水を冷却するためのラジエータと、前記ラジエータの前方に配置されて、車両に配置されたグリルを開閉するグリルシャッターと、前記ラジエータを経由する流路と前記ラジエータを経由しない流路とに前記冷却水の流路を切り替えるサーモスタットと、前記車両の車速を検出する車速センサと、前記冷却水の実温度と、前記車速センサで検出された車速に応じて開閉する前記グリルシャッターの前記車両の走行中の開閉状態によって減少もしくは上昇するように変化する前記冷却水の温度変化を考慮して算出した前記冷却水の推定温度と、に基づいて前記サーモスタットの開固着判定を行う故障判定手段と、を有し、前記故障判定手段は、前記推定温度が前記サーモスタットの開弁温度である所定値を超えた際に、一次故障判定として前記冷却水の実温度が前記所定値を超えているかを判定し、前記冷却水の実温度が前記所定値を超えていない場合は仮故障と判定し、前記一次故障判定により仮故障と判定されてから所定時間経過した際に前記サーモスタットの開固着判定を再度実施する二次故障判定として前記冷却水の実温度が前記所定値を超えているかを再度判定し、当該二次故障判定において前記冷却水の実温度が前記所定値を超えていない場合は故障と判定し、前記冷却水の実温度が前記所定値を超えている場合は正常と判定し、前記一次故障判定の後、前記グリルシャッターを開状態として前記二次故障判定との間、開状態を維持することを特徴とする。
本願発明の第の請求項にかかる車両は、請求項に記載の車両であって、前記所定時間は、前記一次故障判定を実施した際の前記実温度と、前記推定温度との差に基づいて設定することを特徴とする。
本願発明の第の請求項にかかる車両は、請求項に記載の車両であって、前記所定時間は、前記一次故障判定を実施した際における前記実温度と前記推定温度との偏差が小さい程長くなることを特徴とする。
本発明によれば、グリルシャッターを併用した時にも検知精度の高いサーモスタット故障診断手段を提供することができる。
本発明の実施形態としての車両の構成の一部の例を示す図である。 図1に示した制御部の機能構成の一例を示す図である。 冷却水の温度制御の一例を示す図である。 本実施形態における温度制御及びサーモスタット制御の一例を示す図である。 制御部の動作の一例を示すフロー図である。
以下、本発明の実施形態として、サーモスタット20の故障診断手段30を備えた車両100について説明する。
なお、本実施形態において、車両の内燃機関やステアリング、その他各種の本発明と直接的に関係のない部分の詳細な機能、動作については、説明を適宜省略する。また、本実施形態では、駆動源に水冷式のエンジンを用いる場合について特に述べるが、かかる構成に限定するものではなく、サーモスタットを用いて水その他の冷媒の温度制御を行う構成であっても良い。
車両100は、図1に示すように、駆動源たるエンジン11と、エンジン11を冷却するための冷却水Qが流れる流路12と、冷却水Qを通過させることで冷却水Qの冷却を行うラジエータ13と、を有している。
車両100はまた、ラジエータ13より前方の車両前部にグリルを開閉するグリルシャッター21と、冷却水Qの流路12をラジエータ13に経由する流路12aとラジエータ13に経由しない流路12bとに切り替えるサーモスタット20と、を有している。グリルシャッター21は、開閉することでラジエータに供給される走行風を調整して、ラジエータの温度調整に寄与する。
車両100はまた、車速センサ80と、エンジン11からの動力をタイヤ14へと伝達するための自動変速機15と、流路12内に冷却水Qを循環させるための循環器たるポンプ16と、車両100の各部分の制御を行う制御部たるECU90と、を有している。
ECU90は、車両100の制御を行うための制御部としての機能を有しており、CPUを中心とするマイクロコンピュータである。
ECU90は、図2に示すように、自動変速機15やエンジン11の動作を制御する駆動制御部91と、後述するグリルシャッター21の開閉動作を制御するグリルシャッター制御部92と、サーモスタット20の故障判定を行う故障判定手段30と、を有している。
また、ECU90の機能はかかる構成に限定されるものではなく、例えばエンジン11の回転制御や、ラジエータ13に取り付けられたファンの制御などを行うとしても良い。
サーモスタット20は、流路12a、12bの合流部に設けられており、流路12aと流路12bとを切り替える流路切替手段として機能する。
具体的にはサーモスタット20は、冷却水Qの実温度あるいは水温推定値が所定のサーモスタット開弁温度T1になったことを条件として、流路12a側を開弁してラジエータ13に冷却水Qが流入するように制御を行う。なお、冷却水の実温度は温度検出手段、具体的には温度センサに基づいて検出する。
ここでいう水温推定値とは、エンジン発熱量と放熱量から推定される水温である。故障判定手段30は、かかる水温推定値がサーモスタット開弁温度T1に到達した時刻t1において仮故障判定を行う。t1から所定時間Δt後の判定時刻t2に、実水温がサーモスタット開弁温度T1に満たない場合には故障判定を行い実水温がサーモスタット開弁温度T1に到達した場合に正常判定する。
サーモスタット開弁温度T1は、設計上の任意の温度であって良いが、例えば77℃などであっても良い。
ラジエータ13は、内部を冷却水Qが流れることで冷却水Qの熱がラジエータ13表面を介して外気と熱交換する熱交換器である。
本実施形態においては、グリルシャッター21が開状態の場合にはラジエータ13表面に当たる空気の流量が増大することによって、冷却性能が上昇する。
他方、グリルシャッター21が閉状態の場合には、ラジエータ13表面に当たる空気の流量が減少するから、冷却性能は開状態の場合と比べて低減される。
グリルシャッター21は、通常状態では車速に応じて開閉を行い、冷却水Qの温度調整を行うとともに、車両100の空気抵抗を低減して燃費の向上に寄与している。
具体的には、閉状態の場合には車両100の空力特性が向上し、開状態の場合には車両100の空気抵抗が増大する一方でラジエータ13の冷却性能が向上する。
さて、何れの機器も正常に動作している通常状態においては、例えば図に示すようにECU90が水温推定値あるいは実水温に基づいて、グリルシャッター21と、サーモスタット20との開閉を制御している。かかるグリルシャッター21とサーモスタット20との開閉により冷却水Qの水温が制御されている。
しかしながら、サーモスタット20の故障(ここでは開固着による故障パターンについて述べるが、かかる故障に限定されるものではない)が生じたときには、例えば水温推定値がサーモスタット開弁温度T1を超えたことを検知して、サーモスタット20を開弁したとしても、図に実線で示すように、実水温が十分には上がってこないことが懸念される。
このような場合において、故障判定手段30が故障を判定する方法について、図4、図5を用いて説明する。
以降の説明においては、簡単のために車両100が停止状態から走行状態に移行し、冷却水Qの温度が上昇していく場合についてのみ述べるが、かかる動作に限定されるものではない。
初期状態において、車両100は停止状態であり、冷却水Qの実水温は十分低いためにサーモスタット20は閉状態のはずである。かかる冷却水Qの実水温は、エンジン11の動作によって熱せられて徐々に上昇していく。
ECU90は水温推定値がサーモスタット開弁温度T1を超えたことを検知する(ステップS101)と、サーモスタット20の開弁を指示する(ステップS102)。
サーモスタット20が正常に動作している場合には、水温推定値はエンジン発熱量と放熱量からの推定の理想値であり、一般に実水温よりは低い温度を示すように設定している。
すなわち、実水温が一次故障判定を実施する一次故障判定時刻t1においてサーモスタット開弁温度T1に到達していない場合には、停止状態から既にサーモスタット20が開状態であって流路12a側が開いてラジエータ13に冷却水Qが流れ込んでしまっていることが想定される。
そこで本実施形態では、水温推定値がサーモスタット開弁温度T1に到達した一次故障判定時刻t1において、実水温がサーモスタット開弁温度T1に到達していないことをもって、故障判定手段30が仮故障判定として、一次故障判定を行う(ステップS103)。すなわち本実施形態は、「推定温度が所定値を超えた際に一次故障判定を行う」構成である。
なお、ステップS103において、実水温がサーモスタット開弁温度T1に到達している場合には、故障判定手段30はサーモスタット20が正常に動作していると判断して通常状態の処理・制御を継続する(ステップS201)。
なお、本実施形態では説明を単純化するために、水温推定値がサーモスタット開弁温度T1に到達した時点を一次故障判定時刻t1とし、かかる一次故障判定時刻t1に実水温がサーモスタット開弁温度T1に到達しているかどうかを判別しているが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば実水温が所定温度に到達していることを条件として、正常に動作していると判断しても良い。
さて、かかるサーモスタット20の故障判定においては、既に述べたように実水温が所定温度に到達するかどうかをもって判断するため、ラジエータ13の冷却能力の高低が判断に影響をあたえる。すでに述べたように、ラジエータ13による冷却性能は、グリルシャッター21の開閉状態によって変化するから、故障判定手段30は、グリルシャッター21の開閉状態がどちらであるかを考慮しなければ、正しく故障判定が行えない場合がある。
そこで本実施形態では、故障判定手段30は、冷却水Qの実水温と推定温度とのみならず、グリルシャッター21の開閉状態に基づく前記冷却水の温度変化も考慮して、サーモスタット20の故障判定を行う。
具体的には、図に示すように、一次故障判定時刻t1において、グリルシャッター21の開閉状態を、t1より前までの開閉状態とは反対の状態に切替させ、所定時間Δtの間、かかる開閉状態を維持する(ステップS104)。
さらに、故障判定手段30は、一次故障判定時刻t1におけるグリルシャッター21の開閉状態を逆転させた状態で、所定時間Δtだけ持続させ、一次故障判定時刻t1から所定時間Δtだけ経過した後の二次故障判定を実施する二次故障判定時刻t2において、サーモスタット20の故障判定を再度行う(ステップS105)。
かかる二次故障判定は、一次故障判定と同様に、実水温が所定温度(例えば本実施形態におけるサーモスタット開弁温度T1)に到達しているか否かによって判定すればよい。
このようにグリルシャッター21の開閉状態を逆転させることによれば、例えば図に従って一次故障判定時刻t1以前の段階ではグリルシャッター21が閉状態であったとすれば、一次故障判定時刻t1における推定温度には、グリルシャッター21が閉状態である場合の温度変化が反映されることとなる。
さらに、二次故障判定時刻t2における推定温度には、グリルシャッター21が開状態である場合の温度変化が反映される。
逆に一次故障判定時刻t1におけるグリルシャッター21が開状態であったとすれば、一次故障判定には開状態での温度変化が、二次故障判定においては閉状態での温度変化が、それぞれ反映されて判断されることとなる。
すなわち、かかる一次故障判定と二次故障判定とによって推定温度と実水温との偏差を見ることによって、『グリルシャッター21の開閉状態に基づく前記冷却水の温度変化を考慮』して、サーモスタット20の故障判定を行うことができる。
かかる一次故障判定と二次故障判定においては、単に複数回同様の制御状態における温度変化を参照するものではなく、グリルシャッター21の開閉状態を逆転させることで、グリルシャッター21の動作や制御態様による温度変化の変化分を考慮できるから、サーモスタット20の故障判定をより正確に行うことができる。
二次故障判定が終了すると、サーモスタット20の故障判定が確定する(ステップS106)。
なお、二次故障判定時刻t2までの間に、実水温が上昇してサーモスタット開弁温度T1に到達した場合には、故障判定手段30は、サーモスタット20が正常であると判定する(ステップS201)。
故障判定手段30による故障判定処理が終了すると、グリルシャッター21は再度車速によって開閉状態を制御される通常状態に戻る(ステップS107)。
かかる故障判定の結果は、車両100に搭載された非図示の表示器等によって運転者に通知されるとしても良いし、故障通知をネットワーク経由等で連絡するとしても良い。
さて、一次故障判定時刻t1から二次故障判定時刻t2までの所定時間Δtは、本実施形態では一次故障判定時刻t1における水温推定値と実水温との偏差ΔTによって決定される。なお、かかる所定時間Δtの基準となる値は、サーモスタット20やラジエータ13の構成に応じて、任意の値に設定することとしても良い。
ここで、水温推定値と実水温との差が大きい場合とは、すなわち一次故障判定時刻t1において、水温を正しく推定できていないと言えるから、より故障の可能性が高い、言い換えると温度制御が上手くいっていない場合であると考えられる。
そのため、偏差ΔTが大きい場合には、一次故障判定の診断確度が高いと考えられるから、所定時間Δtを短くすることで、正確な故障判定をより迅速に行うことができる。
しかしながら、一次故障判定時刻t1における水温推定値と実水温との偏差ΔTが小さい場合には、一次故障判定のみでは未だ診断確度が十分ではないと考えられるため、故障判定に要する時間を十分に取って正確性を向上させることができる。
具体的には、図4において水温推定値と実水温との偏差ΔTが所定の値よりも小さい実水温Aとして実線で示したような推移を辿った場合には、同図において実線で示すように、グリルシャッター21の保持時間を長く確保し、所定時間Δtを長くとることで、より二次故障判定における診断確度を向上することが望ましい。
他方、図4において水温推定値と実水温との偏差ΔTが所定の値よりも大きい実水温Bとして一点鎖線で示したような推移を辿る場合には、同図で一点鎖線で示すように、グリルシャッター21の保持時間を短くしてかかる所定時間Δtを短くすることで、より二次故障判定における迅速性を向上することが望ましい。
あるいは、実水温Bのような推移の場合には、一次故障判定のみで診断を確定してしまったとしても良い。このように、一次故障判定のみでサーモスタット20の故障判定を行う場合にも、かかる水温推定値は、「グリルシャッター21の開閉状態を考慮」して算出されている。
このように、一次故障判定時刻t1と二次故障判定時刻t2との間の所定時間Δtを、実水温と推定温度とに基づいて変化させることで、故障判定の確度が高いときには迅速性を重視し、比較的確度が低いときには正確性を重視して故障判定を行うことができる。
また、本実施形態では、一次故障判定時刻t1における水温推定値と実水温との偏差ΔTが小さい場合には、故障判定に要する時間を十分に取って正確性を向上させる。
かかる構成により、さらに故障判定の正確性が向上する。
以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣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、本実施形態ではエンジンを有する車両の場合についてのみ述べたが、その他、モーターを駆動源として用いたハイブリッド車等に用いたとしても良い。
また、上記実施形態では、説明の単純化のため一次故障判定時刻、二次故障判定時刻との表現を用いたが、かかる一次故障判定及び二次故障判定の実施は、所定の幅を持った時間の中で行われても良い。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
11…エンジン、12…流路、12a…ラジエータを経由する流路、12b…ラジエータを経由しない流路、20…サーモスタット、21…グリルシャッター、30…故障判定手段、100…車両

Claims (3)

  1. 冷却水を冷却するためのラジエータと、
    前記ラジエータの前方に配置されて、車両に配置されたグリルを開閉するグリルシャッターと、
    前記ラジエータを経由する流路と前記ラジエータを経由しない流路とに前記冷却水の流路を切り替えるサーモスタットと、
    前記車両の車速を検出する車速センサと、
    前記冷却水の実温度と、前記車速センサで検出された車速に応じて開閉する前記グリルシャッターの前記車両の走行中の開閉状態によって減少もしくは上昇するように変化する前記冷却水の温度変化を考慮して算出した前記冷却水の推定温度と、に基づいて前記サーモスタットの開固着判定を行う故障判定手段と、を有し、
    前記故障判定手段は、前記推定温度が前記サーモスタットの開弁温度である所定値を超えた際に、一次故障判定として前記冷却水の実温度が前記所定値を超えているかを判定し、前記冷却水の実温度が前記所定値を超えていない場合は仮故障と判定し、前記一次故障判定により仮故障と判定されてから所定時間経過した際に前記サーモスタットの開固着判定を再度実施する二次故障判定として前記冷却水の実温度が前記所定値を超えているかを再度判定し、当該二次故障判定において前記冷却水の実温度が前記所定値を超えていない場合は故障と判定し、前記冷却水の実温度が前記所定値を超えている場合は正常と判定し、
    前記一次故障判定の後、前記グリルシャッターを開状態として前記二次故障判定との間、開状態を維持することを特徴とする車両。
  2. 請求項1に記載の車両であって、
    前記所定時間は、前記一次故障判定を実施した際の前記実温度と、前記推定温度との差に基づいて設定することを特徴とする車両。
  3. 請求項2に記載の車両であって、
    前記所定時間は、前記一次故障判定を実施した際における前記実温度と前記推定温度との偏差が小さい程長くなることを特徴とする車両。
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