JPH10220639A

JPH10220639A - 開閉弁の自己診断装置

Info

Publication number: JPH10220639A
Application number: JP2790297A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Sano; 光洋佐野
Original assignee: Nippon Thermostat Co Ltd
Current assignee: Nippon Thermostat Co Ltd
Priority date: 1997-02-12
Filing date: 1997-02-12
Publication date: 1998-08-21
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JP3811242B2

Abstract

(57)【要約】【課題】開閉弁の故障を早期に検出して運転者に知ら
せることのできる開閉弁の自己診断装置を提供する。【解決手段】流体流通路１に設けられ流体流通路１を
流れる流体の流れを制御する開閉弁１５が前記流体の温
度変化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開
閉弁の自己診断装置であって、前記開閉弁１５の近傍に
設けられ流体温度を検出する流体温度検出手段５と、こ
の流体温度検出手段５により検出された流体温度と、予
め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁が正常に
開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段１１
と、この診断手段１１の診断結果を報知する報知手段１
２とからなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、流体が流通する
流体流通路に設けられ、前記流体流通路を流れる流体の
流れを制御する開閉弁が流体の温度の変化に応じて正常
に動作しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、液冷形の自動車用のエンジン
（内燃機関）の冷却系に使用される開閉弁としての自己
温度感知形のサーモスタットは、流体である冷却水の温
度が所定温度（例えば８０度）を超えると弁体が開いて
冷却水のラジエータへの流通を可能にし、前記ラジエー
タで放熱され低温となった冷却水をエンジンに戻すよう
にしている。しかしながら、従来の開閉弁の中には、特
に自己温度感知形の開閉弁である上記サーモスタットの
ように、それ自体が流体の温度の変化に応じて独立して
動作するものがあり、開閉弁の故障によって弁体が正常
に開かない、または閉じないということが生じても、そ
れが検出できないことがある。そのため、開閉弁が故障
することによる二次的なトラブル、例えば、運転席の水
温計の異常な上昇や、焼き付きによるエンジンの運転異
常が表面化しない限り、運転者は異常を知ることができ
ず、それが開閉弁の故障によるものなのか否かも判断す
ることもできない。また、前記したトラブルが表面化し
ないうちは不適正な状態で運転を続けることになり、特
に自動車のエンジンでは、環境に悪影響を及ぼす一酸化
炭素や窒素酸化物，炭化水素等の有害な物質を大量に大
気中に放出することになる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記の問題
点に鑑みてなされたもので、開閉弁の故障を早期に検出
して運転者に知らせることにより、開閉弁の故障による
二次的なトラブルを事前に回避することができるととも
に、特に液冷式の内燃機関の運転において冷却水等の冷
却液を適正に保ち、環境に悪影響を及ぼす一酸化炭素や
窒素酸化物，炭化水素等の有害な物質を大量に大気中に
放出することのない開閉弁の自己診断装置を提供しよう
とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点に鑑
みてなされたもので、請求項１に記載の発明は、流体流
通路に設けられ前記流体流通路を流れる流体の流れを制
御する開閉弁が前記流体の温度変化に応じて正常に動作
しているか否かを診断する開閉弁の自己診断装置であっ
て、前記開閉弁の近傍に設けられ流体温度を検出する流
体温度検出手段と、この流体温度検出手段により検出さ
れた流体温度と、予め設定された設定内容とを比較して
前記開閉弁が正常に開閉動作を行っているか否かを診断
する診断手段と、この診断手段の診断結果を報知する報
知手段とからなることを特徴とする開閉弁の自己診断装
置である。請求項２に記載の発明は、前記流体流通路
は、内燃機関の冷却系に設けられ、前記内燃機関の流体
出口と放熱器とを連通状に接続する出口側の流体流通路
と、前記放熱器と前記内燃機関の流体入口とを連通状に
接続する入口側の流体流通路と、前記出口側の流体流通
路と前記入口側の流体流通路とを連通状に接続するバイ
パス通路とからなり、前記開閉弁は、出口制御型の前記
冷却系にあっては流体出口側の前記流体流通路と前記バ
イパス通路の分岐部に、入口制御型の前記冷却系にあっ
ては流体入口側の前記流体流通路と前記バイパス通路の
分岐部に設けられていることを特徴とする請求項１に記
載の開閉弁の自己診断装置である。請求項３に記載の発
明は、前記開閉弁は、流体の温度変化により作動する感
温部を備えたサーモスタットであることを特徴とする請
求項１または請求項２に記載の開閉弁の自己診断装置で
ある。請求項４に記載の発明は、前記流体温度検出手段
の他に外気温検出手段を設け、前記診断手段は、外気温
と関連付けて設定された設定内容を記憶するとともに、
前記外気温検出手段から検出された外気温に対応する前
記設定内容と、前記流体温度検出手段が検出した流体の
温度とを比較して前記開閉弁が正常に動作しているか否
かを診断することを特徴とする請求項１ないし請求項３
のいずれかに記載の開閉弁の自己診断装置である。請求
項５に記載の発明は、前記流体温度検出手段は、前記出
口制御型の冷却系にあっては前記開閉弁よりも前記流体
出口側に、前記入口制御型の冷却系にあっては前記バイ
パス通路の前記開閉弁側に設けられていることを特徴と
する請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の開閉弁
の自己診断装置である。請求項６に記載の発明は、前記
流体温度検出手段は前記開閉弁を挟んで前記流体流通路
の両側に設けられ、前記診断手段は、二つの前記流体温
度検出手段から検出された流体温度と前記設定内容とを
比較して前記開閉弁が正常に動作しているか否かを診断
することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
かに記載の開閉弁の自己診断装置である。請求項７に記
載の発明は、前記入口制御型の冷却系にあっては、前記
流体温度検出手段の一方は、前記バイパス通路の前記開
閉弁側に設けられていることを特徴とする請求項６に記
載の開閉弁の自己診断装置である。請求項８に記載の発
明は、前記流体温度検出手段の他に流体圧力を検出する
流体圧力検出手段を前記開閉弁の近傍の前記流体の上流
側に設け、前記診断手段は、流体の圧力と関連付けて設
定された設定内容を記憶するとともに、前記流体圧力検
出手段から検出された流体の圧力に対応する前記設定内
容と、前記流体温度検出手段が検出した流体の温度とを
比較して前記開閉弁が正常に動作しているか否かを診断
することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれ
かに記載の開閉弁の自己診断装置である。請求項９に記
載の発明は、前記流体温度検出手段のほかに、流体の流
速または流量を検出する流体流速検出手段または流体流
量検出手段を前記開閉弁の近傍に設け、前記診断手段
は、流体の流速または流量と関連付けて設定された設定
内容を記憶するとともに、前記流体流速検出手段または
流体流量検出手段から検出された流体の流速または流量
に対応する前記設定内容と、前記流体温度検出手段が検
出した流体の温度とを比較して前記開閉弁が正常に動作
しているか否かを診断することを特徴とする請求項１な
いし請求項３のいずれかに記載の開閉弁の自己診断装置
である。請求項１０に記載の発明は、前記出口制御型の
冷却系にあっては前記流体流通路の前記開閉弁よりも下
流側に、前記入口制御型の冷却系にあっては前記流体流
通路の前記開閉弁よりも上流側に前記流体流速検出手段
または流体流量検出手段を設けたことを特徴とする請求
項９に記載の開閉弁の自己診断装置である。請求項１１
に記載の発明は、前記開閉弁には、弁体の開閉を検出す
る開閉検出手段を設け、前記診断手段は、前記流体温度
検出手段により検出された流体の温度が所定温度になっ
たときに前記開閉検出手段から所定の信号が出力されて
いるか否かによって前記開閉弁が正常に動作しているか
否かを診断することを特徴とする請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載の開閉弁の自己診断装置である。本
発明は上記のように構成することにより、開閉弁の開閉
動作を、流体温度の変化から容易に検出することができ
るようになり、他の諸条件（流体の温度や外気温等）と
検出された開閉弁の開閉動作とから、開閉弁の故障の診
断が行えるようになった。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
を図面に従って説明する。なお、以下の実施形態では、
流体流通路としてエンジン（内燃機関）の冷却系を例を
挙げて説明するが、本発明の診断装置はエンジンの冷却
系に設けられる開閉弁に限らず、他の流体流通路に設け
られ、流体流通路を流れる流体の温度変化によって弁体
の開閉を行う開閉弁にも適用が可能である。

【０００６】［第１の実施形態の説明］図１および図２
は本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、図１は出
口制御型のエンジンの冷却系の概略図、図２は入口制御
型のエンジンの冷却系の概略図である。各図において
(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) は
サーモスタットが開弁状態のときのものを示している。
また、図３は第１の実施形態における冷却水の温度と経
過時間との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の温度Ｔ
（度）、横軸は経過時間Ｓ（秒）である。

【０００７】まず、図１の出口制御型のエンジンの冷却
系の場合について説明する。ここで、「出口制御型」と
は、エンジンの冷却水出口側に冷却水の温度を一定に保
つためのサーモスタットを設けた形式のものをいう。図
１において符号Ｅはエンジン，符号Ｒは放熱器としての
ラジエータ，符号ＦはラジエータＲに強制的に空気を送
り込むファンである。エンジンＥの流体出口である冷却
水出口ＥａとラジエータＲの上部とは流体流通路である
冷却水路１によって接続され、エンジンＥの流体入口で
ある冷却水入口ＥｂとラジエータＲの下部とは流体流通
路である冷却水路２によって接続されている。冷却水路
１は途中部位でバイパス通路３に分岐し、このバイパス
通路３は冷却水路２の端部および冷却水入口Ｅｂに連通
している。この実施形態において冷却水の流れを制御す
る開閉弁は自己温度感知形のサーモスタット１５で、図
１に示す出口制御型の冷却系では、冷却水出口Ｅａ側の
冷却水路１とバイパス通路３の分岐部に設けられてい
る。

【０００８】図１に示すような出口制御型のエンジンの
冷却系では、冷却水は以下のように流れる。すなわち、
冷却水の温度が低い場合は、サーモスタット１５の弁体
１８が閉じているるので、エンジンＥの冷却水出口Ｅａ
から流出した冷却水は、冷却水路１，バイパス通路３を
通って冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入し、冷却水
の温度が所定の温度（例えば摂氏８０度）を超えたとき
には、サーモスタット１５の弁体１８が開いてエンジン
Ｅから冷却水路１，ラジエータＲ，冷却水路２を通って
冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入する。冷却水を循
環させる図示しない冷却水ポンプは、エンジン駆動形、
つまり、エンジンを駆動源として駆動されるものであっ
てもよいし、モータ駆動形、つまり、サーボモータ等の
制御可能な駆動体（モータ）によって駆動されるもので
あってもよい。サーモスタット１５は、ワックス等の熱
膨張体を内蔵する感温部１９と、前記熱膨張体の膨張ま
たは収縮によって進退移動するピストンロッド２１（図
１(b)参照）とから概略構成されるサーモエレメントを
アクチュエータとして有する公知のもので、エンジンＥ
の冷却水出口Ｅａから流出する冷却水の温度が所定温度
（例えば摂氏８０度）を超えたときに前記アクチュエー
タが駆動して弁体１８を開かせるものである。従って、
サーモスタット１５は、冷却水の温度が前記所定温度以
下のときには、弁体１８を閉じて冷却水がラジエータＲ
に流れないように規制し、冷却水出口Ｅａから流出した
冷却水をバイパス通路３を通して冷却水入口Ｅｂからエ
ンジンＥに戻すが、冷却水の温度が前記所定温度を超え
ると、弁体１８を開いて冷却水をラジエータＲに流す。
なお、サーモスタット１５としては、上記ワックス型の
ものに限らず、ベローズ型またはバイメタル型のもので
あってもよい。

【０００９】冷却水路１のサーモスタット１５よりも冷
却水出口Ｅａ側には、流体温度検出手段である水温セン
サ５が設けられている。この水温センサ５は、冷却水の
温度に応じた電気信号を出力するもので、冷却系の外部
に設けられた診断手段としての制御部１１に信号線１１
ａによって接続されている。この発明の自己診断装置に
おいては、水温センサ５の検出信号に基づいてサーモス
タット１５の故障診断が行われることから、水温センサ
５はサーモスタット１５のできるだけ近傍に設けること
が望ましい。なお、前記した制御部１１は、ＥＣＵ（電
子制御装置）に設けるものとしてもよいし、ＥＣＵとは
別体に設けるものとしてもよい。また、この実施形態に
おいては、冷却系の外部に外気温を検出する外気温検出
手段としての外気温センサ７が設けられている。この外
気温センサ７も水温センサ５と同様に、外気温に応じた
電気信号を出力するもので、冷却系の外部に設けられた
制御部１１に信号線１１ｂを介して接続されている。そ
して、制御部１１に送信された水温センサ５と外気温セ
ンサ７の検出信号は、制御部１１の処理部でそれぞれ処
理され、制御部１１のメモリ等の記憶部に予め記憶され
た記憶内容と比較される。前記記憶部に記憶された記憶
内容としては、後述の許容温度範囲ΔＴや所定時間Δ
Ｓ，各種パラメータ等がある。制御部１１の診断部は、
前記の比較結果からサーモスタット１５が故障している
か否かを診断し、故障していると診断したときには信号
線１１ｃを介して表示ランプやブザ，音声出力装置等の
報知手段１２に信号を出力する。この報知手段１２は、
運転者に確実に故障を知らせることができるところ、例
えば、ダッシュボードの各種計器類の近傍等に設けると
よい。

【００１０】上記態様により、この実施形態では以下の
ように作用する。図３に示すように、エンジンＥの始動
によりエンジンＥ内を流れる冷却水の温度は上昇する
（図３のグラフの曲線Ｉ参照）。冷却水の温度が所定温
度（例えば摂氏８０度）Ｔ₁以下のときには、エンジン
Ｅの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水は、バイパス通
路３を通ってエンジンＥの冷却水入口Ｅｂからエンジン
Ｅに戻されるが、冷却水の温度が前記所定温度Ｔ₁に達
すると、サーモスタット１５の弁体１８が開き始めて冷
却水がラジエータＲ側へ流れる。ラジエータＲで放熱さ
れて低温となった冷却水は、冷却水路２を流れてエンジ
ンＥの冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流れ込む。この
場合、図３のグラフで示すように、冷却水の温度はサー
モスタット１５の弁体１８が開かれると同時に下降する
ものではない。つまり、エンジンＥ内には高温となった
冷却水が残留しており、この冷却水が通過する間は暫く
温度は上昇する。ラジエータＲで放熱された低温の冷却
水がエンジンＥ内に流入すると、低温と高温の冷却水が
交互に冷却水出口Ｅａから流出するので、高温の冷却水
がエンジンＥ内から完全に追い出されるまで、図３のグ
ラフの曲線IIで示すように、冷却水の温度は減衰を繰り
返すことになる。

【００１１】サーモスタット１５が故障して弁体１８が
所定温度Ｔ₁に達しても開なない場合には、図３の曲線
III で示すように、冷却水の温度は所定温度Ｔ₁を超え
て上昇を続ける。制御部１１は、水温センサ５が所定温
度Ｔ₁を検出してから所定時間ΔＳ（例えば５秒，ΔＳ
＝Ｓ₂−Ｓ₁）内の冷却水の温度の変化を監視し、所定
時間ΔＳ内における冷却水の温度が前記記憶部に予め設
定された許容温度範囲ΔＴ（下限温度Ｔ₂と上限温度Ｔ
₃の範囲，ΔＴ＝Ｔ₃−Ｔ₂）内にあるか否かからサー
モスタット１５の故障の有無を診断する。つまり、所定
時間ΔＳ内において許容温度範囲ΔＴを超えて冷却水の
温度が上昇した場合、あるいは、許容温度範囲ΔＴを超
えて冷却水の温度が下降した場合は、制御部１１はサー
モスタット１５が故障したと診断して報知手段１２に信
号を出力し、運転者にサーモスタット１５の故障を知ら
せる。

【００１２】なお、この実施形態において外気温センサ
７を設けているのは、冷却水の温度の温度上昇率は外気
温が高いほど大きく、低いほど小さいからである。すな
わち、外気温の高い例えば夏期には、サーモスタット１
５が故障して弁体１８が開かないと冷却水の温度は速や
かに上昇するが、外気温の低い例えば冬季には、同様の
場合における冷却水の温度の温度上昇率が小さく、夏期
と同様の所定時間ΔＳに設定していたのではサーモスタ
ット１５の故障を正確に診断することができない、また
は、故障していなくても故障していると誤診するという
不都合が生じるおそれがあるからである。そこで、この
実施形態では、外気温に応じて（例えば５度ごとという
ように）、所定時間ΔＳまたは許容温度範囲ΔＴをパラ
メータ等で設定して前記記憶部に記憶させておき、外気
温センサ７が検出した外気温から予め設定された所定時
間ΔＳまたは許容温度範囲ΔＴを選択し、水温センサ５
からの検出信号と比較するようにしている。従って、外
気温が安定しているような場合には、このような外気温
センサ７は特に設ける必要はない。

【００１３】次に、図２に従って上記の第１の実施形態
を入口制御型の冷却系に適用した場合を説明する。な
お、図において図１と同一部位，同一部材には同一の符
号を付して詳しい説明は省略する。ここで、「入口制御
型」とは、エンジンの冷却水入口側に冷却水の温度を一
定に保つためのサーモスタットを設けた形式のものをい
う。図２に示すように、入口制御型の冷却系では、サー
モスタット１６は、冷却水出口Ｅａ側の冷却水路１と、
冷却水入口Ｅｂ側の冷却水路２とを連通状に接続するバ
イパス通路４の、冷却水路２との分岐部に設けられてい
る。この実施形態においてサーモスタット１６は、上記
第１の実施形態のサーモスタット１５と同様のサーモエ
レメントをアクチュエータとして有しているが、バイパ
ス通路４の開口部の開閉を行う第２弁体２４を有してい
る点で第１の実施形態におけるサーモスタット１５と相
違する。図２に示す入口制御型の冷却系では冷却水は以
下のように流れる。すなわち、冷却水の温度が低い場合
には、図２(a) に示すように、サーモスタット１６の弁
体１８が閉じられ、第２弁体２４がバイパス通路４の開
口部を開いている。そして、エンジンＥの冷却水出口Ｅ
ａから流出した冷却水は、エンジンＥから冷却水路１か
らバイパス通路４，冷却水路２を通って冷却水入口Ｅｂ
からエンジンＥに流入する。冷却水の温度が所定温度Ｔ
₁（例えば摂氏８０度）を超えると、弁体１８を開くと
ともにバイパス通路４の開口部を第２弁体２４で閉じ
る。エンジンＥの冷却水出口Ｅａから流出した冷却水
は、冷却水路１からラジエータＲ，冷却水路２を通って
冷却水入口ＥｂからエンジンＥに流入する。

【００１４】この実施形態では水温センサ５はバイパス
通路４の前記開口部の近傍に設けられているが、外気温
センサ７，制御部１１，報知手段１２の構成および作用
については上記第１の実施形態と同じである。この実施
形態においても、第１の実施形態と同様の作用をする。
すなわち、冷却水の温度が所定温度Ｔ₁に達したところ
でサーモスタット１６が正常に作動して弁体１８を開く
と、バイパス通路４内の冷却水の温度は所定温度Ｔ₁よ
りも若干高い温度まで上昇したところから下降に転じ
る。サーモスタット１６の故障により、冷却水の温度が
所定温度Ｔ₁に達しても弁体１８が開かないときには、
バイパス通路４内の冷却水の温度が上昇を続けて図３の
グラフの曲線III のようになる。従って、この第２の実
施形態でも、第１の実施形態と同様、制御部１１が所定
時間ΔＳ内における冷却水の温度の変化を監視し、所定
時間ΔＳ内で冷却水の温度が許容温度範囲ΔＴを超えた
ときにはサーモスタット１６が故障であると診断して報
知手段１２に信号を出力し、運転者にサーモスタット１
６の故障を知らせる。

【００１５】［第２の実施形態の説明］図４および図５
は本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、図４は出
口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図、図５は入
口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図である。各
図において(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのも
の、(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示
している。また、図６は第２の実施形態における冷却水
の温度と経過時間との関係を示すグラフで、縦軸は冷却
水の温度Ｔ、横軸は経過時間Ｓである。なお、図４およ
び図５において、図１または図２と同一部位，同一部材
には同一の符号を付し、詳しい説明は省略する。図４の
出口制御型の冷却系における実施形態では、サーモスタ
ット１５を挟んで冷却水路１の冷却水出口Ｅａ側とラジ
エータＲ側に二つの水温センサ５，６を設けている。こ
れら水温センサ５，６は、第１の実施形態で説明した理
由と同様の理由によりサーモスタット１５のできるだけ
近傍に設けることが望ましい。水温センサ５，６と制御
部１１とはそれぞれ信号線１１ａ，１１ｄによって接続
されていて、それぞれの水温センサ５，６から出力され
た冷却水の温度に関する検出信号が制御部１１に送信さ
れて処理される。水温センサ５は、エンジンＥの冷却水
出口Ｅａから流出した冷却水の温度を検出するものであ
るが、水温センサ６はサーモスタット１５の弁体１８が
開くことにより、サーモスタット１５を通過して冷却水
路１を流れる冷却水の温度を検出するものである。従っ
て、サーモスタット１５の弁体１８が開くと、水温セン
サ５，６が検出した冷却水の温度差は殆ど０になる。

【００１６】水温センサ５，６が検出した弁体１８の開
弁前後における冷却水の温度の変化を示したものが、図
６のグラフである。図６においては、水温センサ５が検
出した冷却水の温度変化をグラフＡで、水温センサ６が
検出した冷却水の温度変化をグラフＢで示している。冷
却水の温度が所定温度Ｔ₁以下、すなわち、弁体１８が
閉じている状態においては、冷却水はバイパス通路３を
流れてエンジンＥに戻されラジエータＲ側には流れない
ので、水温センサ５が検出する冷却水の温度は図６のグ
ラフＡの曲線Ｉで示すように時間の経過とともに急速に
上昇する。これに対し、水温センサ６が検出する冷却水
の温度の方は、冷却水の流れが殆ど無い状態であるの
で、図６のグラフＢの曲線IIで示すように上昇が極めて
緩やかである。

【００１７】冷却水出口Ｅａから流出する冷却水の温度
が所定温度Ｔ₁に達すると、サーモスタット１５の弁体
１８が開くが、これによって冷却水路１を冷却水がラジ
エータＲに向けて流れ、図６のグラフＢの曲線III で示
すように、水温センサ６が検出する冷却水の温度も急激
に上昇する。水温センサ５が検出する冷却水の温度は、
図６のグラフＡの曲線IVで示すように、弁体１８の開弁
後は若干上昇して下降し、減衰しながら一定温度になる
が、このとき、図６のグラフＡ，Ｂの曲線Ｖで示すよう
に、水温センサ５，６が検出する冷却水の温度はほぼ同
じになる。サーモスタット１５の故障により弁体１８
が開かないと、水温センサ５，６が検出する冷却水の温
度は、所定温度Ｔ₁に達した後所定時間ΔＳが経過して
も同じになることがなく、これにより制御部１１はサー
モスタット１５が故障したと診断して報知手段１２に信
号を出力し、運転者に知らせる。なお、この実施形態に
おいても、第１および第２の実施形態と同様、所定温度
Ｔ₁および所定時間ΔＳ，許容温度範囲ΔＴ等は予め制
御部１１に設定されて記憶部（メモリ）等に記憶されて
いる。

【００１８】図５に示す入口制御型の冷却系において
は、冷却水路２のサーモスタット１６よりもラジエータ
Ｒ側と冷却水入口Ｅｂ側に水温センサ５，６が設けられ
ている。このように二つの水温センサ５，６を配置する
ことにより、上記で説明した図４の出口制御型の冷却系
の場合と同様の作用が得られる。サーモスタット１６の
弁体１８が閉じているとき、すなわち、冷却水の温度が
所定温度Ｔ₁以下のときには、バイパス通路４を冷却水
が流れるので、水温センサ５が検出する冷却水の温度は
急速に上昇し、水温センサ６の検出する冷却水の温度は
殆ど上昇しない。弁体１８が開くと、冷却水路２を通っ
てラジエータＲから低温の冷却水がエンジンＥ側に流れ
るので、ある一定時間経過後に水温センサ５，６の検出
する冷却水の温度はほぼ同じになる。

【００１９】図７は二つの水温センサ５，６を冷却系に
設けた上記第２の実施形態のさらに他の実施形態の説明
図にかかり、入口制御型のエンジンの冷却系の要部の概
略図である。図において(a) はサーモスタットが閉弁状
態のときのもの、(b) はサーモスタットが開弁状態のと
きのものを示している。また、図８は図７は実施形態に
おける冷却水の温度と経過時間との関係を示すグラフ
で、縦軸は冷却水の温度Ｔ、横軸は経過時間Ｓである。
図８においては、水温センサ５が検出した冷却水の温度
をグラフＡで、水温センサ６が検出した冷却水の温度を
グラフＢで示している。なお、図７において図４，図５
と同一部位，同一部材には同一の符号を付し、詳しい説
明は省略する。この実施形態では、バイパス通路４の開
口部の近傍に水温センサ５を設け、冷却水路２のサーモ
スタット１６よりも冷却水入口Ｅｂ側に水温センサ６を
設けている。サーモスタット１６の弁体１８が閉じた状
態においては、第２弁体２４がバイパス通路４の開口部
を開いていて、冷却水出口Ｅａ（図２参照）から流出し
た冷却水がバイパス通路４から冷却水路２を通って冷却
水入口Ｅｂに流入する。

【００２０】サーモスタット１６の弁体１８が閉じた状
態、すなわち、水温センサ５が検出した冷却水の温度が
所定温度Ｔ₁以下では、水温センサ５と水温センサ６が
検出する冷却水の温度はほぼ一致している（図８のグラ
フの曲線Ｉ参照）。サーモスタット１６の弁体１８が開
き、バイパス通路４の開口部が第２弁体２４によって閉
じられると、水温センサ５が検出する冷却水の温度は、
所定温度Ｔ₁よりも若干高い温度まで上昇したところで
バイパス通路４内の冷却水の流れが止まり、当該温度で
維持されるが（図８のグラフの曲線II参照）、水温セン
サ６の方は弁体１８が開くとともにラジエータＲ側から
低温の冷却水が冷却水路２を流れることにより急激に温
度が下降する（図８のグラフの曲線III 参照）。そし
て、冷却水の温度が所定温度に達した時間Ｓ₁から所定
時間ΔＳが経過した時間Ｓ₂において、両水温センサ
５，６が検出する冷却水の温度Ｔ₁，Ｔ₂の差Ｔ₂−Ｔ
₁が予め設定された所定温度差ΔＴまで開くことにな
る。

【００２１】サーモスタット１６が故障して弁体１８が
開かなければ、両水温センサ５，６の検出する冷却水の
温度は、前記所定温度Ｔ₁を超えて所定時間ΔＳが経過
しても一致したままである。また、弁体１８が開いても
その開弁量が少ないときには、両者の温度差は所定温度
差ΔＴよりも小さい。制御部１１は、所定温度Ｔ₁を超
えてから所定時間ΔＳが経過するまでの間、両水温セン
サ５，６から検出される冷却水の温度の変化を監視し、
所定時間ΔＳの経過時において水温センサ５，６が検出
した冷却水の温度が所定温度差ΔＴ以内である場合に
は、サーモスタット１６が故障したと診断して報知手段
１２に信号を出力し、運転者にサーモスタット１６の故
障を知らせる。なお、図示はしないが、冷却水の温度が
所定温度Ｔ₁以下になったときは、水温センサ５と水温
センサ６が検出する冷却水の温度はほぼ一致した状態
（曲線Ｉで示す状態）に復帰するはずであるが、サーモ
スタット１６の故障により弁体１８が閉じないときは、
両冷却水の温度の間には差が生じたままである。従っ
て、冷却水の温度が所定温度Ｔ₁を超え下降する場合
も、所定温度Ｔ₁に達してから所定時間が経過するまで
の間、両水温センサ５，６が検出する冷却水の温度変化
を監視するようにすることにより、前記所定時間の経過
時において両冷却水の温度が一致しないときは、サーモ
スタット１６が故障をしたと診断することができるよう
になる。また、図７に示す実施形態においても第１の実
施形態で示したような外気温センサを設け、制御部１１
（図１参照）の記憶部（メモリ）等に外気温ごとの所定
温度差ΔＴや所定時間ΔＳをパラメータ等で記憶させて
おき、前記外気温センサが検出した外気温に基づいて所
定温度差ΔＴや所定時間ΔＳを適宜に選択するようにし
てもよい。

【００２２】［第３の実施形態］図９は本発明の第３の
実施形態の説明図にかかり、出口制御型のエンジンの冷
却系の要部の概略図である。図において(a) はサーモス
タットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモスタット
が開弁状態のときのものを示している。また、図１０は
この第３の実施形態における冷却水の圧力と冷却水の温
度との関係を示すグラフで、縦軸は冷却水の圧力Ｐ、横
軸は冷却水の温度Ｔである。なお、図９において図１ま
たは図２と同一部位，同一部材には同一の符号を付し、
詳しい説明は省略する。この実施形態においては、冷
却水路１のサーモスタット１５よりも冷却水出口Ｅａ側
に、冷却水の圧力の大きさに応じた電気信号を制御部１
１（図１参照）に出力することのできる圧力センサ８
と、第１および第２の実施形態で用いたものと同様の水
温センサ５とを設けている。エンジンＥの始動とともに
冷却水の温度は上昇するが、冷却系は密閉されているの
で、冷却水の温度の上昇とともに内部の圧力が上昇する
ことになる。

【００２３】図１０のグラフにおいて符号Ｉは、冷却水
ポンプが非駆動状態における圧力センサ８の検出結果を
示したもので、冷却水の温度Ｔの上昇とともに圧力Ｐが
直線的に上昇することを示している。符号IIで示す平行
四辺形で囲まれた領域は、冷却水ポンプ駆動時における
圧力Ｐと冷却水の温度Ｔとの関係を示すもので、冷却水
の温度が一定であっても冷却水ポンプの駆動による脈動
等により圧力Ｐはある一定の幅内で振幅することから、
一定の冷却水の温度Ｔに対して圧力は一定の幅（図にお
いてＰ₁〜Ｐ₂）を有することを示している。ところ
で、サーモスタット１５の弁体１８が開いている場合と
閉じている場合とを比較すると、弁体１８が開いている
場合は弁体１８が閉じたままの状態よりも圧力Ｐが小さ
くなる。すなわち、この実施形態では、ある冷却水の温
度Ｔにおけるサーモスタット１５の近傍の圧力Ｐの大小
によって、サーモスタット１５が正常に作動しているか
否かを診断しようとするものである。

【００２４】例えば、弁体１８が開く温度よりも高い温
度である温度Ｔ（図１０参照）において、サーモスタッ
ト１５の弁体１８が正常に開いている場合は、その圧力
は上限Ｐ₁から下限Ｐ₂の範囲内になければならない。
サーモスタット１５の故障により弁体１８が開かない
と、サーモスタット１５の近傍の圧力が上昇して上限Ｐ
₁を超えるから、制御部１１はサーモスタット１５が故
障したと診断して報知手段１２（図１参照）に信号を出
力し、運転者に知らせる。逆に、弁体１８が閉じないと
きは、前記温度Ｔにおける圧力Ｐは下限Ｐ₂よりも低く
なるから、制御部１１はサーモスタット１５が故障した
と診断する。なお、この実施形態では、冷却水ポンプを
駆動する駆動源であるエンジンやサーボモータの回転数
が変われば、それに伴って許容される圧力Ｐの範囲も変
動することから、エンジンやサーボモータの回転数に応
じて圧力Ｐの範囲をパラメータとして予め設定しておく
必要がある。

【００２５】図１１は上記の第３の実施形態を入口制御
型の冷却系に適用した第３の実施形態のさらに他の実施
形態にかかり、その要部の説明図である。図に示すよう
に、この実施形態では上記の出口制御型の場合と同様、
水温センサ５をサーモスタット１６の近傍に設け、サー
モスタット１６の近傍であって冷却水路２のラジエータ
Ｒ側に圧力センサ８を設けている。この実施形態におい
ても図９の実施形態と同様に作用し、図１０に示すよう
な圧力Ｐと冷却水の温度Ｔの関係が成り立つ。

【００２６】［第４の実施形態］次に、本発明の第４の
実施形態について説明する。第４の実施形態は、特に図
示はしないが、第２の実施形態を示した図４の出口制御
型の冷却系および図５の入口制御型の冷却系において、
水温センサ６に代えて冷却水の流速を検出する流速セン
サまたは単位時間当たりの流量を検出する流量センサを
設けたものである。冷却水路１，２の冷却水出口Ｅａ側
または冷却水入口Ｅｂ側のサーモスタット１５，１６の
近傍には、図４および図５で示した場合と同様に、水温
センサ５を設ける。この実施形態では、水温センサ５か
ら検出された冷却水の温度が、弁体１８が開く所定の温
度（例えば８０度）に達したときに、冷却水路１，２に
冷却水の流れが生じるか否かによってサーモスタット１
５，１６の故障の有無を診断しようとするものである。
すなわち、冷却水が前記所定の温度に達したときに、前
記流速センサが冷却水の流速の変化を検出しないとき、
または、流量センサが冷却水の流量の変化を検出しない
ときは、制御部１１（図１および図２参照）はサーモス
タット１５，１６の弁体１８が開いていない、つまり、
サーモスタット１５，１６が故障していると診断して報
知手段１２に信号を出力する。

【００２７】また、この実施形態では、エンジン回転数
と冷却水の流速または流量との関係が密（弁体１８の開
弁量が一定の場合には、エンジン回転数が増加すれば流
速または流量は増大する）であることから、所定の冷却
水の温度下におけるエンジン回転数ごとの適正な冷却水
の流速または流量をパラメータまたは関数化して記憶部
に記憶させておくことにより、サーモスタット１５，１
６の弁体１８の開弁量が適正であるか否かまで診断する
ことが可能になる。

【００２８】［第５の実施形態］第５の実施形態は、サ
ーモスタット１５の弁体１８の開弁を直接検出しようと
するものである。図１２および図１３はこの第５の実施
形態の説明図である。図１２で示す実施形態では、冷却
水路１のサーモスタット１５よりも冷却水出口Ｅａ側に
水温センサ５を設けているとともに、水温センサ５が検
出した冷却水の温度が所定温度（例えば８０度）になっ
たときに弁体１８が開いたことを、感温部１９の下降に
より検出する開閉検出手段である近接スイッチ１３が、
感温部１９に対峙して設けられている（図１２(a) 参
照）。スイッチ１３は、サーモスタット１５のフレーム
１７に延設したブラケットに取り付けるものとしてもよ
いし、冷却水路１の内面に取り付けるものとしてもよ
い。弁体１８が前記所定温度に応じて所定量開弁する
と、この開弁量に応じて感温部１９が下降するととも
に、近接スイッチ１３が感温部１９の下端を検出して制
御部１１（図１参照）にＯＮ（またはＯＦＦ）信号を出
力する（図１２(b) 参照）。制御部１１は、水温センサ
５により検出された冷却水の温度が前記所定温度になっ
たときに、近接スイッチ１３から信号が出力されている
か否かを確認し、近接スイッチ１３からＯＮ（またはＯ
ＦＦ）信号が出力されていないときには、サーモスタッ
ト１５が故障したと診断する。なお、感温部１９を検出
して所定の信号（例えばＯＮ，ＯＦＦ信号）を出力する
ことができるものであれば、近接スイッチ１３に限ら
ず、光電スイッチやリミットスイッチ等他のスイッチや
センサであってもよい。また、弁体１８の開閉を検出す
ることができるものであれば、近接スイッチ１３は感温
部１９に限らず、弁体１８等他の部位の移動を検出する
ようにしてもよい。さらに、図１２では出口制御型の冷
却系のみを図示しているが、入口制御型の冷却系につい
ても同様である。

【００２９】また、図１３で示す実施形態では、図１２
の近接スイッチ１３に代えて、サーモスタット１５（１
６）のピストンロッド２１の先端とフレーム１７との間
に圧電素子１４を介在させている。図において符号１４
ａは圧電素子１４から出力された検出信号を制御部１１
（図１参照）に送信する信号線、符号２０は、ピストン
ロッド２１の進退移動を案内するピストンガイドであ
る。この図では図示を省略しているが、弁体１８（図１
２参照）およびピストンロッド２１はフレーム１７に支
持された付勢手段であるばね１７ａ（図１２参照）によ
って常時上方（図１３において上方）に付勢されてい
る。冷却水の温度の上昇によりピストンロッド２１が伸
長すると、弁体１８が前記ばね１７ａの付勢力に抗して
押し下げられて開く（図１２(b) 参照）。このとき、ば
ね１７ａが押し縮められるので、弁体１８の開弁量に比
例してばね１７ａからの付勢力が増加する。圧電素子１
４からは、この付勢力の増加に比例した大きさの電気信
号（電圧）が出力されるので、制御部１１（図１参照）
は、水温センサ５（図１２参照）が検出した冷却水の温
度と前記圧電素子から出力される電気信号とを比較し
て、弁体１８が開かれているか否かを診断する。

【００３０】本発明の好適な実施形態を説明してきた
が、本発明は上記の実施形態により何ら限定されるもの
ではない。例えば、開閉弁であるサーモスタット１５，
１６はワックス型，ベローズ型は問わないとしたが、バ
イメタルにより弁体を開閉させるものであってもよい。
また、開閉弁はサーモスタット１５，１６に限らず、流
体の流れを制御することができるものであれば他の開閉
弁であってもよい。さらに、電磁弁等の制御が可能な開
閉弁であっても本発明を適用することが可能である。

【００３１】

【発明の効果】この発明は上記のように構成したので以
下のような効果を奏する。本発明によれば、開閉弁の開
閉動作の検出を、流体温度の変化により容易にできるよ
うになったばかりでなく、流体温度や外気温，流体の圧
力等の他の諸条件と検出された前記開閉弁の開閉動作と
から、開閉弁の故障の診断を行えるようになった。すな
わち、サーモスタット等の開閉弁の故障を早期に検出し
て運転者等に知らせることができるので、開閉弁の故障
に起因する二次的なトラブルの発生を未然に防止するこ
とができる。特に、本発明を自動車等の内燃機関の冷却
系に使用されている開閉弁の診断に適用することによ
り、開閉弁の故障を確実に運転者に知らせて内燃機関の
故障等を未然に防止することができるほか、サーモスタ
ットの故障により内燃機関を適正な温度に保つことがで
きないことに起因する一酸化炭素や窒素酸化物，炭化水
素等、環境に悪影響を及ぼす有害な物質の大気中への大
量放出を未然に防止することができる。また、内燃機関
を適正な温度に保つことができないことに起因する内燃
機関の運転効率（燃料消費率等）の低下も防止すること
ができる。特に、本発明は、流体の温度変化により作動
する感温部を備えたサーモスタットのように、外部から
の制御を必要とせず独立して動作する自己温度感知形の
サーモスタットのような開閉弁に適用することにより、
開閉弁の開閉の検出と故障の診断が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、出
口制御型のエンジンの冷却系の概略図で、(a) はサーモ
スタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサーモスタ
ットが開弁状態のときの説明図である。

【図２】本発明の第１の実施形態の説明図にかかり、入
口制御型のエンジンの冷却系の概略図で、(a) はサーモ
スタットが閉弁状態の説明図、(b) はサーモスタットが
開弁状態のときの説明図である。

【図３】第１の実施形態における冷却水の温度と経過時
間との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、出
口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) は
サーモスタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサー
モスタットが開弁状態のときの説明図である。

【図５】本発明の第２の実施形態の説明図にかかり、入
口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) は
サーモスタットが閉弁状態のときの説明図、(b) はサー
モスタットが開弁状態のときの説明図である。

【図６】第２の実施形態における冷却水の温度と経過時
間との関係を示すグラフである。

【図７】２つの水温センサを入口制御型の冷却系に設け
た第２の実施形態のさらに他の実施形態の説明図にかか
り、(a) はサーモスタットが閉弁状態のときのもの、
(b) はサーモスタットが開弁状態のときのものを示して
いる。

【図８】図７は実施形態における冷却水の温度と経過時
間との関係を示すグラフである。

【図９】本発明の第３の実施形態の説明図にかかり、出
口制御型のエンジンの冷却系の要部の概略図で、(a) は
サーモスタットが閉弁状態のときのもの、(b) はサーモ
スタットが開弁状態のときのものを示している。

【図１０】第３の実施形態における冷却水の圧力と冷却
水の温度との関係を示すグラフである。

【図１１】第３の実施形態を入口制御型の冷却系に適用
した第３の実施形態のさらに他の実施形態にかかり、そ
の要部の説明図である。

【図１２】第５の実施形態の説明図である。

【図１３】第５の実施形態のさらに他の実施形態であ
る。

【符号の説明】

Ｅエンジン（内燃機関）Ｅａ冷却水出口Ｅｂ冷却水入口ＲラジエータＦファン１冷却水路（流体流通路）２冷却水路（流体流通路）３，４バイパス通路５，６水温センサ（流体温度検出手段）７外気温センサ（外気温検出手段）８圧力センサ１１制御部（診断手段）１２報知手段１３近接スイッチ（開閉検出手段）１４圧電素子１５，１６サーモスタット（開閉弁）１７フレーム１７ａばね（付勢手段）１８弁体１９感温部２１ピストンロッド２４第２弁体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体流通路に設けられ前記流体流通路を
流れる流体の流れを制御する開閉弁が前記流体の温度変
化に応じて正常に動作しているか否かを診断する開閉弁
の自己診断装置であって、前記開閉弁の近傍に設けられ流体温度を検出する流体温
度検出手段と、この流体温度検出手段により検出された流体温度と、予
め設定された設定内容とを比較して前記開閉弁が正常に
開閉動作を行っているか否かを診断する診断手段と、この診断手段の診断結果を報知する報知手段と、からなることを特徴とする開閉弁の自己診断装置。
【請求項２】前記流体流通路は、内燃機関の冷却系に
設けられ、前記内燃機関の流体出口と放熱器とを連通状
に接続する出口側の流体流通路と、前記放熱器と前記内
燃機関の流体入口とを連通状に接続する入口側の流体流
通路と、前記出口側の流体流通路と前記入口側の流体流
通路とを連通状に接続するバイパス通路とからなり、前
記開閉弁は、出口制御型の前記冷却系にあっては流体出
口側の前記流体流通路と前記バイパス通路の分岐部に、
入口制御型の前記冷却系にあっては流体入口側の前記流
体流通路と前記バイパス通路の分岐部に設けられている
こと、を特徴とする請求項１に記載の開閉弁の自己診断装置。
【請求項３】前記開閉弁は、流体の温度変化により作
動する感温部を備えたサーモスタットであること、を特
徴とする請求項１または請求項２に記載の開閉弁の自己
診断装置。
【請求項４】前記流体温度検出手段の他に外気温検出
手段を設け、前記診断手段は、外気温と関連付けて設定
された設定内容を記憶するとともに、前記外気温検出手
段から検出された外気温に対応する前記設定内容と、前
記流体温度検出手段が検出した流体の温度とを比較して
前記開閉弁が正常に動作しているか否かを診断するこ
と、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の開閉弁の自己診断装置。
【請求項５】前記流体温度検出手段は、前記出口制御
型の冷却系にあっては前記開閉弁よりも前記流体出口側
に、前記入口制御型の冷却系にあっては前記バイパス通
路の前記開閉弁側に設けられていること、を特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載
の開閉弁の自己診断装置。
【請求項６】前記流体温度検出手段は前記開閉弁を挟
んで前記流体流通路の両側に設けられ、前記診断手段
は、二つの前記流体温度検出手段から検出された流体温
度と前記設定内容とを比較して前記開閉弁が正常に動作
しているか否かを診断すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の開閉弁の自己診断装置。
【請求項７】前記入口制御型の冷却系にあっては、前
記流体温度検出手段の一方は、前記バイパス通路の前記
開閉弁側に設けられていること、を特徴とする請求項６に記載の開閉弁の自己診断装置。
【請求項８】前記流体温度検出手段の他に流体圧力を
検出する流体圧力検出手段を前記開閉弁の近傍の前記流
体の上流側に設け、前記診断手段は、流体の圧力と関連
付けて設定された設定内容を記憶するとともに、前記流
体圧力検出手段から検出された流体の圧力に対応する前
記設定内容と、前記流体温度検出手段が検出した流体の
温度とを比較して前記開閉弁が正常に動作しているか否
かを診断すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の開閉弁の自己診断装置。
【請求項９】前記流体温度検出手段のほかに、流体の
流速または流量を検出する流体流速検出手段または流体
流量検出手段を前記開閉弁の近傍に設け、前記診断手段
は、流体の流速または流量と関連付けて設定された設定
内容を記憶するとともに、前記流体流速検出手段または
流体流量検出手段から検出された流体の流速または流量
に対応する前記設定内容と、前記流体温度検出手段が検
出した流体の温度とを比較して前記開閉弁が正常に動作
しているか否かを診断すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の開閉弁の自己診断装置。
【請求項１０】前記出口制御型の冷却系にあっては前
記流体流通路の前記開閉弁よりも下流側に、前記入口制
御型の冷却系にあっては前記流体流通路の前記開閉弁よ
りも上流側に前記流体流速検出手段または流体流量検出
手段を設けたこと、を特徴とする請求項９に記載の開閉弁の自己診断装置。
【請求項１１】前記開閉弁には、弁体の開閉を検出す
る開閉検出手段を設け、前記診断手段は、前記流体温度
検出手段により検出された流体の温度が所定温度になっ
たときに前記開閉検出手段から所定の信号が出力されて
いるか否かによって前記開閉弁が正常に動作しているか
否かを診断すること、を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の開閉弁の自己診断装置。