(57)【要約】  サーモスタットが正常かつエンジン水温が上昇しにくい状態で内燃エンジンを運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「正常時最低水温」)を逐次演算する正常時最低水温演算部と、サーモスタットが開固着故障かつエンジン水温が上昇しやすい状態で内燃エンジンを運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「故障時最高水温」)を逐次演算する故障時最高水温演算部と、エンジン水温が正常時最低水温よりも低ければサーモスタットの故障を判定し、エンジン水温が故障時最高水温よりも高ければサーモスタットの正常を判定し、エンジン水温が正常時最低水温と故障時最高水温との間であれば正常とも故障とも判定しない判定部と、を含む。
2013168529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンシステムの冷却水流路に設けられるサーモスタットの故障を検出する装置であって、
サーモスタットが正常かつエンジン水温が上昇しにくい状態で内燃エンジンを運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「正常時最低水温」という)を逐次演算する正常時最低水温演算部と、
サーモスタットが開固着故障かつエンジン水温が上昇しやすい状態で内燃エンジンを運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「故障時最高水温」という)を逐次演算する故障時最高水温演算部と、
エンジン水温が正常時最低水温よりも低ければサーモスタットの故障を判定し、エンジン水温が故障時最高水温よりも高ければサーモスタットの正常を判定し、エンジン水温が正常時最低水温と故障時最高水温との間であれば正常とも故障とも判定しない判定部と、
を含むサーモスタット故障検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のサーモスタット故障検出装置において、
前記判定部は、エンジン水温が基準温度に達したときに前記故障時最高水温が基準温度よりも低ければサーモスタットの正常を判定し、前記正常時最低水温が基準温度に達したときにエンジン水温が基準温度よりも低くければサーモスタットの故障を判定し、エンジン水温が基準温度に達したときに前記故障時最高水温が基準温度よりも高く前記正常時最低水温が基準温度よりも低ければ正常とも故障とも判定しない、
サーモスタット故障検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のサーモスタット故障検出装置において、
前記エンジン水温が上昇しにくい状態とは、ラジエーターシャッターが全開の状態であり、
前記エンジン水温が上昇しやすい状態とは、ラジエーターシャッターが全閉の状態である、
サーモスタット故障検出装置。
【請求項４】
内燃エンジンシステムの冷却水流路に設けられるサーモスタットの故障を検出する方法であって、
サーモスタットが正常かつエンジン水温が上昇しにくい状態で内燃エンジンを運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「正常時最低水温」という)を逐次演算する正常時最低水温演算工程と、
サーモスタットが開固着故障かつエンジン水温が上昇しやすい状態で内燃エンジンを運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「故障時最高水温」という)を逐次演算する故障時最高水温演算工程と、
エンジン水温が正常時最低水温よりも低ければサーモスタットの故障を判定し、エンジン水温が故障時最高水温よりも高ければサーモスタットの正常を判定し、エンジン水温が正常時最低水温と故障時最高水温との間であれば正常とも故障とも判定しない判定工程と、
を含むサーモスタット故障検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃エンジンシステムの冷却水流路に設けられるサーモスタットの故障を検出する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンシステムの冷却水流路には、サーモスタットが設けられる。サーモスタットは、エンジンが冷えているときにはラジエーターへの水路を閉じる。このようにすれば、冷却水がラジエーターに循環しない。この結果、エンジンの暖機が促進される。冷却水の温度が、予め設定されているサーモスタットの開弁温度に達すると、サーモスタットは、ラジエーターへの水路を開いてラジエーターへ流す冷却水の流量を調整する。この結果、冷却水が適度な温度に維持される。【０００３】
サーモスタットが故障してしまうと、上述のような制御を実行できない。そこでＪＰ２００４−３１６６３８Ａは、サーモスタットの故障を判定する手法を提案する。このＪＰ２００４−３１６６３８Ａは、検出されたエンジン水温が、走行風の影響を考慮して算出された基準判定温度よりも低ければ、サーモスタットが故障していると判定する。
【発明の概要】
【０００４】
しかしながら、前述した従来の手法を用いても、適用する車両によっては、誤判定してしまう可能性があることが、発明者らによって見いだされた。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされた。本発明の目的は、サーモスタットの故障を精度よく検出することができる、サーモスタット故障検出装置及びサーモスタット故障検出方法を提供することである。
【０００６】
本発明によるサーモスタット故障検出装置のひとつの実施形態は、内燃エンジンシステムの冷却水流路に設けられるサーモスタットの故障を検出する装置である。そして、サーモスタットが正常かつエンジン水温が上昇しにくい状態で内燃エンジンを運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「正常時最低水温」という)を逐次演算する正常時最低水温演算部と、サーモスタットが開固着故障かつエンジン水温が上昇しやすい状態で内燃エンジンを運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「故障時最高水温」という)を逐次演算する故障時最高水温演算部と、を含む。そしてさらに、エンジン水温が正常時最低水温よりも低ければサーモスタットの故障を判定し、エンジン水温が故障時最高水温よりも高ければサーモスタットの正常を判定し、エンジン水温が正常時最低水温と故障時最高水温との間であれば正常とも故障とも判定しない判定部を含む。
【０００７】
本発明の実施形態、本発明の利点は、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明によるサーモスタット故障検出装置及びサーモスタット故障検出方法の一実施形態を適用可能な内燃エンジンシステムを示す図である。
【図２】図２は、エンジンコントロールユニットの特にサーモスタット故障検出にかかる機能をブロック図として表したものである。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明による実施形態の作用効果を説明する図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明による実施形態の作用効果を説明する図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明による実施形態の作用効果を説明する図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本願が解決しようとする課題について説明する図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本願が解決しようとする課題について説明する図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本願が解決しようとする課題について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明によるサーモスタット故障検出装置及びサーモスタット故障検出方法の一実施形態を適用可能な内燃エンジンシステムを示す図である。
【００１０】
この内燃エンジンシステム１は、内燃エンジン１０と、ラジエーター２０と、サーモスタット３０とを含む。
【００１１】
内燃エンジン１０の回転速度は、回転速度センサー６１で検出される。内燃エンジン１０の冷却水の温度は、水温センサー６２で検出される。
【００１２】
ラジエーター２０は、冷却水から大気に放熱させる熱交換器である。ラジエーター２０は、冷却水流路３１を介して内燃エンジン１０に接続される。ラジエーター２０の前方には、ラジエーターシャッター２１が設けられる。ラジエーターシャッター２１は、ラジエーターへの通風量を増減する。通風量が多ければ、ラジエーター２０からの放熱量が多い。このような状態では、エンジン水温が上がりにくい。通風量が少なければ、ラジエーター２０からの放熱量が少ない。このような状態では、エンジン水温が上がりやすい。ラジエーターシャッター２１の開度は、アクチュエーター２２によって調整される。
【００１３】
サーモスタット３０は、冷却水の温度に応じて開度を調整する。冷却水の温度が低ければ、サーモスタット３０は閉じている。すると、冷却水は、バイパス流路３２を流れ、ラジエーター２０には流れない。この結果、エンジンの暖機が促進される。冷却水の温度が、予め設定されているサーモスタット３０の開弁温度に達すると、サーモスタット３０は、ラジエーター２０への水路を開いてラジエーター２０へ流す冷却水の流量を調整する。この結果、冷却水が適度な温度に維持される。
【００１４】
内燃エンジン１０及びアクチュエーター２２の作動は、エンジンコントロールユニット５０によって制御される。エンジンコントロールユニット５０は、回転速度センサー６１、水温センサー６２、アクセルペダル操作量センサー６３，車速センサー６４などの信号に基づいて、内燃エンジン１０のスロットル開度及び点火時期、並びにアクチュエーター２２の作動量などを制御する。
【００１５】
ここで、本実施形態の理解を容易にするために、図４Ａ〜図４Ｃを参照して本願が解決しようとする課題について説明する。なお図４Ａは、サーモスタットが正常な場合のエンジン水温の変化を示す図である。図４Ｂは、サーモスタットが故障している場合のエンジン水温の変化を示す図である。図４Ｃは、サーモスタットが故障しているが、故障を検出できない場合のエンジン水温の変化を示す図である。
【００１６】
サーモスタットが正常であれば、サーモスタットは、開弁温度までは閉じており、冷却水がラジエーターには流れない。そのため、図４Ａに示されるように、エンジン水温Ｔｗが迅速に上昇する。従来は、判定温度Ｔ０を逐次演算し、図４Ａのように、現在のエンジン水温Ｔｗが判定温度Ｔ０を上回っていれば、サーモスタットが正常であると判定していた。
【００１７】
サーモスタットが故障(開固着故障)していれば、サーモスタットは全閉しない。このため、冷却水の温度が低くても、冷却水がラジエーターに流れてしまう。すると、図４Ｂに示されるように、エンジン水温Ｔｗが上昇しにくい。従来は、図４Ｂのように、現在のエンジン水温Ｔｗが判定温度Ｔ０を下回っていれば、サーモスタットが故障しているとしていた。
【００１８】
ところで発明者らは、ラジエーターの前方に備えられたラジエーターシャッターを有する内燃エンジンシステムを開発している。このような場合に、ラジエーターシャッターが全閉状態であれば、サーモスタットが故障して冷却水がラジエーターに流れていても、図４Ｃに示されるように、エンジン水温Ｔｗが上昇し、現在のエンジン水温Ｔｗが判定温度Ｔ０を上回ることがある。このような場合には、本来サーモスタットが故障しているにもかかわらず、サーモスタットが正常であると誤判定されるおそれがある。
【００１９】
このような課題を解決すべく、本実施形態は、以下のようにしてサーモスタットの故障を検出する。
【００２０】
図２は、エンジンコントロールユニットの特にサーモスタット故障検出にかかる機能をブロック図として表したものである。
【００２１】
なおブロック図に示される各ブロックは、コントロールユニットの各機能を仮想ユニットとして示すものであり、各ブロックは物理的な存在を意味するものではない。またエンジンコントロールユニットは、この制御ブロックを所定の微小時間(たとえば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行する。
【００２２】
コントロールユニット５０は、正常時最低水温演算器５１１と、故障時最高水温演算器５１２と、エンジン水温比較器５２０と、正常時最低水温比較器５２１と、故障時最高水温比較器５２２と、否定器５３１と、否定器５３２と、正常判定器５４１と、故障判定器５４２と、グレー判定器５４３とを含む。
【００２３】
正常時最低水温演算器５１１は、エンジン回転速度、エンジン負荷、点火時期、車速、外気温などのエンジン運転状態に基づいて、サーモスタット３０が正常であるが、エンジン水温が最も上昇しにくい状態で内燃エンジン１０を運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「正常時最低水温」という)を逐次演算する。具体的には、たとえば、サーモスタット３０が正常であるがエンジン水温が最も上昇しにくい状態でのエンジン水温とエンジン運転状態との相関マップを予め用意しておき、そのマップに基づいて演算すればよい。なおエンジン水温が最も上昇しにくい状態とは、たとえば、ラジエーターシャッター２１が全開の状態である。
【００２４】
故障時最高水温演算器５１２は、エンジン回転速度、エンジン負荷、点火時期、車速、外気温などのエンジン運転状態に基づいて、サーモスタット３０が開固着故障している一方で、エンジン水温が最も上昇しやすい状態で内燃エンジン１０を運転したという仮定の下でのエンジン水温(以下「故障時最高水温」という)を逐次演算する。具体的には、たとえば、サーモスタット３０が開固着故障している一方でエンジン水温が最も上昇しやすい状態でのエンジン水温とエンジン運転状態との相関マップを予め用意しておき、そのマップに基づいて演算すればよい。なおエンジン水温が最も上昇しやすい状態とは、たとえば、ラジエーターシャッター２１が全閉の状態である。
【００２５】
エンジン水温比較器５２０は、水温センサー６２で検出されたエンジン水温Ｔｗと、サーモスタットの故障を判定する基準温度Ｔｃとを比較する。エンジン水温Ｔｗが基準温度Ｔｃよりも大きければ、エンジン水温比較器５２０は信号を出力する。この信号は、否定器５３１、正常判定器５４１、グレー判定器５４３に入力される。エンジン水温Ｔｗが基準温度Ｔｃよりも大きくなければ、エンジン水温比較器５２０は信号を出力しないが、否定器５３１が信号を出力する。この信号は、故障判定器５４２に入力される。
【００２６】
正常時最低水温比較器５２１は、正常時最低水温Ｔminと基準温度Ｔｃとを比較する。正常時最低水温Ｔminが基準温度Ｔｃよりも大きければ、正常時最低水温比較器５２１は信号を出力する。この信号は、故障判定器５４２に入力される。
【００２７】
故障時最高水温比較器５２２は、故障時最高水温Ｔmaxと基準温度Ｔｃとを比較する。故障時最高水温Ｔmaxが基準温度Ｔｃよりも大きければ、故障時最高水温比較器５２２は信号を出力する。この信号は、否定器５３２及びグレー判定器５４３に入力される。故障時最高水温Ｔmaxが基準温度Ｔｃよりも大きくなければ、故障時最高水温比較器５２２は信号を出力しないが、否定器５３２が信号を出力する。この信号は、正常判定器５４１に入力される。
【００２８】
正常判定器５４１は、エンジン水温比較器５２０及び否定器５３２から信号を受けた場合にサーモスタットの正常を判定する。すなわち、エンジン水温Ｔｗが基準温度Ｔｃよりも大きいが故障時最高水温Ｔmaxが基準温度Ｔｃよりも大きくないときに、正常判定器５４１はサーモスタットの正常を判定する。
【００２９】
故障判定器５４２は、正常時最低水温比較器５２１及び否定器５３１から信号を受けた場合にサーモスタットの故障を判定する。すなわち、エンジン水温Ｔｗが基準温度Ｔｃよりも大きくないが正常時最低水温Ｔminが基準温度Ｔｃよりも大きいときに、故障判定器５４２はサーモスタットの故障を判定する。
【００３０】
グレー判定器５４３は、エンジン水温比較器５２０及び故障時最高水温比較器５２２から信号を受けた場合にグレー判定し、正常とも故障とも判定しない。すなわち、エンジン水温Ｔｗが基準温度Ｔｃよりも大きく故障時最高水温Ｔmaxが基準温度Ｔｃよりも大きいときに、グレー判定器５４３はグレー判定し、正常とも故障とも判定しない。
【００３１】
図３Ａ〜図３Ｃは、本実施形態の作用効果を説明する図である。なお図３Ａは、サーモスタットが正常な場合のエンジン水温の変化を示す図である。図３Ｂは、サーモスタットが故障している場合のエンジン水温の変化を示す図である。図３Ｃは、サーモスタットがグレー判定される場合のエンジン水温の変化を示す図である。
【００３２】
図２に示された制御ブロックが実行されると、以下の作用効果が生じる。
【００３３】
（正常判定）
サーモスタット３０が正常であれば、開弁温度まではサーモスタット３０が閉じており、冷却水がラジエーター２０には流れない。そのため、図３Ａに示されるように、エンジン水温が迅速に上昇する。
【００３４】
時刻ｔ１１までは、エンジン水温Ｔｗ、正常時最低水温Ｔmin、故障時最高水温Ｔmaxのすべてが基準温度Ｔｃよりも小さい。このような状態では、エンジン水温比較器５２０、正常時最低水温比較器５２１、故障時最高水温比較器５２２は、信号を出力しないが、否定器５３１、否定器５３２が信号を出力する。この状態では、何も判定されない。
【００３５】
時刻ｔ１１を過ぎると、エンジン水温Ｔｗが基準温度Ｔｃよりも大きくなる。そこでエンジン水温比較器５２０が信号を出力し、否定器５３１は信号を出力しなくなる。この状態では、正常判定器５４１が信号を出力し、サーモスタットの正常が判定される。
【００３６】
（故障判定）
サーモスタット３０が故障(開固着故障)していれば、サーモスタット３０は全閉しない。このため、冷却水の温度が低くても、冷却水がラジエーター２０に流れてしまう。すると、図３Ｂに示されるように、エンジン水温が上昇しにくい。
【００３７】
時刻ｔ２１までは、エンジン水温Ｔｗ、正常時最低水温Ｔmin、故障時最高水温Ｔmaxのすべてが基準温度Ｔｃよりも小さい。このような状態では、エンジン水温比較器５２０、正常時最低水温比較器５２１、故障時最高水温比較器５２２は、信号を出力しないが、否定器５３１、否定器５３２が信号を出力する。この状態では、何も判定されない。
【００３８】
時刻ｔ２１を過ぎると、故障時最高水温Ｔmaxが基準温度Ｔｃよりも大きくなる。そこで故障時最高水温比較器５２２が信号を出力し、否定器５３２は信号を出力しなくなる。この状態でも、何も判定されない。
【００３９】
時刻ｔ２２を過ぎると、正常時最低水温Ｔminが基準温度Ｔｃよりも大きくなる。そこで正常時最低水温比較器５２１が信号を出力する。この状態では、故障判定器５４２が信号を出力し、サーモスタット３０の故障が判定される。
【００４０】
（グレー判定）
ラジエーターシャッター２１が閉じられている場合には、サーモスタット３０が故障(開固着故障)していても、図３Ｃに示されるように、エンジン水温が正常時最低水温よりも高温になることがある。このようなときには、以下のように処理される。
【００４１】
時刻ｔ３１までは、エンジン水温Ｔｗ、正常時最低水温Ｔmin、故障時最高水温Ｔmaxのすべてが基準温度Ｔｃよりも小さい。このような状態では、エンジン水温比較器５２０、正常時最低水温比較器５２１、故障時最高水温比較器５２２は、信号を出力しないが、否定器５３１、否定器５３２が信号を出力する。この状態では、何も判定されない。
【００４２】
時刻ｔ３１を過ぎると、故障時最高水温Ｔmaxが基準温度Ｔｃよりも大きくなる。そこで故障時最高水温比較器５２２が信号を出力し、否定器５３２は信号を出力しなくなる。この状態でも、何も判定されない。
【００４３】
時刻ｔ３２を過ぎると、エンジン水温Ｔｗが基準温度Ｔｃよりも大きくなる。そこでエンジン水温比較器５２０が信号を出力し、否定器５３１は信号を出力しなくなる。この状態では、グレー判定器５４３が信号を出力し、サーモスタットのグレー判定がなされ、正常とも故障とも判定されない。
【００４４】
内燃エンジンシステムの冷却水流路に設けられるサーモスタットが故障してしまうと、エンジン水温を適正化することが困難になる。そこでサーモスタットの故障を判定する手法が提案されている。しかしながら、このような手法を用いても、適用する車両によっては、誤判定してしまう可能性があることが、発明者らによって見いだされた。たとえば、ラジエーター２０の前方に備えられたラジエーターシャッター２１を有する内燃エンジンシステムでは、ラジエーターシャッター２１が全閉状態であれば、サーモスタット３０が故障によって冷却水がラジエーター２０に流れていても、エンジン水温が上昇して、誤判定を引き起こす可能性があった。
【００４５】
これに対して、本実施形態では、サーモスタット３０が開固着故障している一方で、エンジン水温が最も上昇しやすい状態で内燃エンジン１０を運転したという仮定の下でのエンジン水温(故障時最高水温)を逐次演算する。そして、エンジン水温が故障時最高水温よりも高い場合には、サーモスタット３０の正常を判定する。またサーモスタット３０が正常であるが、エンジン水温が最も上昇しにくい状態で内燃エンジン１０を運転したという仮定の下でのエンジン水温(正常時最低水温)を逐次演算する。そして、エンジン水温が正常時最低水温よりも低い場合には、サーモスタット３０の故障を判定する。そして、エンジン水温が故障時最高水温と正常時最低水温との間にあるときには、グレー判定し、正常も故障も判定しないようにした。このようにしたので、サーモスタット３０の故障を誤判定することを防止できるようになったのである。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００４７】
本願は、２０１２年５月１１日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−１０９６２５に基づく優先権を主張し、これらの出願の全ての内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
【図１】
2013168529.tif 000003
【図２】
2013168529.tif 000004
【図３Ａ】
2013168529.tif 000005
【図３Ｂ】
2013168529.tif 000006
【図３Ｃ】
2013168529.tif 000007
【図４Ａ】
2013168529.tif 000008
【図４Ｂ】
2013168529.tif 000009
【図４Ｃ】
2013168529.tif 000010
【国際調査報告】
2013168529.tif 000011
2013168529.tif 000012