(57)【要約】【課題】サーモスタットの動作異常を検出することができるエンジン冷却装置を提供すること。【解決手段】エンジン冷却装置１０は、インレット流路４１とバイパス流路４３の分岐点に配置されたサーモスタット５０と、バイパス流路４３に設けられた第１水温センサ７１で検出した水温Ｔ１、第１アウトレット流路４２ａに設けられた第２水温センサ７２で検出した水温Ｔ２、及びウォータポンプ６０の吐出口６１の直下に設けられた第３水温センサ７３で検出した水温Ｔ３に基づいてサーモスタット５０の動作異常を検出するＥＣＵ９０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を冷却する冷却水が流れる回路上に設けられ、前記冷却水をラジエータへ導入する冷却流路を流れる冷却流量と、ラジエータを経由しないバイパス流路を流れるバイパス流量との比を変化させる流量調整部と、
前記冷却流路を流れる前記冷却水の温度、前記バイパス流路を流れる前記冷却水の温度、及び前記冷却流路及び前記バイパス流路が合流した流路を流れる前記冷却水の温度に基づいて前記流量調整部の動作異常を検出する制御部と、
を備えるエンジン冷却装置。
【請求項２】
前記流量調整部は、前記冷却流路から前記バイパス流路が分岐する分岐点に設けられる、
請求項１に記載のエンジン冷却装置。
【請求項３】
前記流量調整部は、サーモスタットである、
請求項１又は２に記載のエンジン冷却装置。
【請求項４】
前記冷却流路を流れる前記冷却水の温度を検出する第１水温センサ、前記バイパス流路を流れる前記冷却水の温度を検出する第２水温センサ、及び前記冷却流路及び前記バイパス流路が合流した流路を流れる前記冷却水の温度を検出する第３水温センサを備える、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエンジン冷却装置。
【請求項５】
前記第１及び第２水温センサは、前記冷却流路と前記バイパス流路が合流する合流点からそれぞれ所定距離だけ上流側に設けられる、
請求項４に記載のエンジン冷却装置。
【請求項６】
前記冷却水を循環させるポンプを備え、
前記第３水温センサは、前記ポンプの吐出口の直下に設けられる、
請求項４に記載のエンジン冷却装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記流量調整部の動作異常を検出した場合、前記流量調整部に動作異常が発生したことを報知する報知部に、前記流量調整部に動作異常が発生したことを報知させる、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のエンジン冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関を冷却する冷却水をラジエータへ導入する冷却流路と、ラジエータを経由しないバイパス流路との分岐点に、サーモスタットを配設したエンジン冷却装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
引用文献１に記載のエンジン冷却装置では、サーモスタットにより、ラジエータ側に流れる冷却水の流量とバイパス側に流れる冷却水の流量との合計流量に対する、バイパス側に流れる冷却水の流量の比率（以下、単に「流量比」という。）を変化させている。
【０００４】
また、冷却流路とバイパス流路との合流点に流量制御弁を設け、冷却流路における水温、バイパス流路における水温、及び流量制御弁の下流側における水温に基づいて、流量制御弁を制御し、流量比を変化させるエンジン冷却装置も知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１１４２２４号公報
【特許文献２】特開２０００−０４５７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
引用文献１に記載のエンジン冷却装置において、サーモスタットが正常に動作せず、例えばある状態で流量比が固定されてしまった場合、以下のような問題が生じる。
【０００７】
冷却水が主にバイパス側に流れる状態で流量比が固定されてしまった場合、冷却水からの放熱量が不足し、水温が上昇する。そうすると、エンジンにおけるオーバーヒートプロテクションなどのエンジン保護機能が作動し、所定のエンジン出力を発揮しないという問題が発生する。
【０００８】
また、冷却水が主にラジエータ側に流れる状態で流量比が固定されてしまった場合、冷却水を過剰に冷却し、水温が低下する。そうすると、乗員用のキャビンヒータの効きが悪くなったり、エンジン潤滑油温の低下により燃費が悪化するという問題が発生する。
【０００９】
これらの問題に対処すべく、車載状態でサーモスタットの動作をモニタリングし、リアルタイムで動作異常を検出できれば、部品交換により早期に問題解決が可能である。そのためには、あらかじめ冷却水の水温と流量比又はサーモスタットの動作との関係を把握しておき、その関係が実運転条件で変化したかどうかによって動作異常を検出する仕組みが必要である。
【００１０】
そこで、サーモスタットの動作異常を検出するために、バイパス側に流れる冷却水の流量及びラジエータ側に流れる冷却水の流量を、流量計で検出することが考えられる。流量の検出に流量計を用いれば、流量を高精度で測定でき、サーモスタットの動作異常を検出することが可能である。しかしながら、流量計はコストが高く、エンジンに設置する場合には振動耐久性にも懸念があり、設置が困難である。
【００１１】
また、サーモスタットにリフトセンサを追加し、サーモスタットのリフト量をリフトセンサにより検出することで、サーモスタットの動作異常を直接検出することが考えられる。しかしながら、リフトセンサは、可動部を有するため、可動部における耐久性、シール部の水漏れに懸念がある。
【００１２】
本発明の目的は、サーモスタットの動作異常を検出することができるエンジン冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るエンジン冷却装置は、内燃機関を冷却する冷却水が流れる回路上に設けられ、前記冷却水をラジエータへ導入する冷却流路を流れる冷却流量と、ラジエータを経由しないバイパス流路を流れるバイパス流量との比を変化させる流量調整部と、前記冷却流路を流れる前記冷却水の温度、前記バイパス流路を流れる前記冷却水の温度、及び前記冷却流路及び前記バイパス流路が合流した流路を流れる前記冷却水の温度に基づいて前記流量調整部の動作異常を検出する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るエンジン冷却装置によれば、サーモスタットの動作異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エンジン冷却装置の一例を示す概略図
【図２】サーモスタットにおける水温と流量比の関係を示す図
【図３】サーモスタットの動作異常判断のフローチャート
【図４】車両管理システムの概要図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本発明はこの実施の形態により限定されるものではない。
【００１７】
まず、図１を用いて、エンジン冷却装置の概略について説明する。図１は、エンジン冷却装置の一例を示す概略図である。図１において、エンジン冷却装置１０は、エンジン２０内に設けられた冷却水流路２１と、冷却水流路２１を流れる冷却水を冷却するラジエータ３０と、ラジエータ３０に冷却水を循環させるラジエータ回路４０とを備える。
【００１８】
ラジエータ回路４０は、冷却水流路２１の出口部２１ａとラジエータ３０の入口部３０ａとを連通するインレット流路４１と、ラジエータ３０の出口部３０ｂと冷却水流路２１の入口部２１ｂとを連通するアウトレット流路４２と、ラジエータ３０を迂回するバイパス流路４３とを備える。
【００１９】
インレット流路４１とバイパス流路４３との分岐点には、サーモスタット５０が設けられている。なお、以下の説明では、インレット流路４１のうち、冷却水流路２１の出口部２１ａからサーモスタット５０までを第１インレット流路４１ａ、サーモスタット５０からラジエータ３０の入口部３０ａまでを第２インレット流路４１ｂという。
【００２０】
サーモスタット５０は、サーモスタット５０を流れる冷却水の温度に応じて、バイパス流路４３を流れるバイパス流量Ｑ１と、ラジエータ３０へ流入する冷却流量Ｑ２との割合を変化させる。サーモスタット５０としては、例えば公知のワックスタイプのサーモスタットが用いられる。なお、サーモスタット５０として、ヒータ付きの電子制御式のサーモスタットを用いてもよい。
【００２１】
バイパス流路４３は、上述のとおりサーモスタット５０でインレット流路４１から分岐し、ラジエータ３０の出口部３０ｂとウォータポンプ６０との間でアウトレット流路４２と合流する。なお、以下の説明では、アウトレット流路４２のうち、ラジエータ３０の出口部３０ｂからバイパス流路４３との合流点４４までを第１アウトレット流路４２ａ、合流点４４から冷却水流路２１の入口部２１ｂまでを第２アウトレット流路４２ｂという。
【００２２】
図１に概略を示すように、本実施形態では、バイパス流路４３と第１アウトレット流路４２ａとは、合流点４４において略対向している。また、第２アウトレット流路４２ｂは、バイパス流路４３及び第１アウトレット流路４２ａと略直交するようにして設けられている。
【００２３】
バイパス流路４３の合流点４４より第１の所定距離上流側には、バイパス流路４３を流れる冷却水の温度を検出する第１水温センサ７１が配置されている。また、第１アウトレット流路４２ａの合流点４４より第２の所定距離上流側には、ラジエータ３０を通って冷却された冷却水の温度を検出する第２水温センサ７２が配置されている。
【００２４】
上述のとおり、バイパス流路４３と第１アウトレット流路４２ａとは、合流点４４において略対向している。そのため、流量比が小さい、すなわち、第１アウトレット流路４２ａを流れる冷却水の流量がバイパス流路４３を流れる冷却水の流量よりも多い場合に、第１アウトレット流路４２ａを流れる冷却水が合流点４４からバイパス流路４３に浸入する場合がある。また、流量比が大きい場合には、逆に、バイパス流路４３を流れる冷却水が合流点４４から第１アウトレット流路４２ａに浸入する場合がある。
【００２５】
そのため、第１水温センサ７１を配置する位置によっては、第１アウトレット流路４２ａを流れる冷却水がバイパス流路４３に浸入してきた場合に、第１水温センサ７１がバイパス流路４３を流れる冷却水の温度を誤検出する可能性がある。同様に、第２水温センサ７２を配置する位置によっては、バイパス流路４３を流れる冷却水が第１アウトレット流路４２ａに浸入してきた場合に、第２水温センサ７２が第１アウトレット流路４２ａを流れる冷却水の温度を誤検出する可能性がある。
【００２６】
そこで、本実施の形態では、流体解析により、第１アウトレット流路４２ａを流れる冷却水がバイパス流路４３に浸入した場合でも温度検出への影響がほとんどない第１水温センサ７１の位置を求め、これを第１の所定距離としている。また、第２水温センサ７２についても、流体解析により、バイパス流路４３を流れる冷却水が第１アウトレット流路４２ａに浸入した場合でも温度検出への影響がほとんどない位置を求め、これを第２の所定距離としている。
【００２７】
したがって、流量比が小さい場合及び大きい場合に、対向する流路から浸入してきた冷却水の影響を受けることを抑制し、各流路を流れる冷却水の温度を正確に検出することができる。
【００２８】
第２アウトレット流路４２ｂには、冷却水を循環させるウォータポンプ６０が設けられており、ウォータポンプ６０の吐出口６１の直下にはウォータポンプ６０から吐出された冷却水の温度を検出する第３水温センサ７３が配置されている。
【００２９】
第３水温センサ７３は、ウォータポンプ６０の吐出口６１の直下に設けられているので、バイパス流路４３を流れてきた冷却水と、第１アウトレット流路４２ａを流れてきた冷却水とが、ウォータポンプ６０で混合撹拌され、合流した冷却水の温度を正確に検出することができる。
【００３０】
第１インレット流路４１ａの冷却水流路２１の出口部２１ａ付近には、冷却水流路２１から流出した冷却水の温度を検出する第４水温センサ７４が配置されている。なお、第１〜第４水温センサ７１〜７４は、熱電対で構成されている。
【００３１】
冷却ファン８０は、エンジン２０により駆動され、ラジエータ３０に対して送風を行う。エンジン２０と冷却ファン８０との間には、ファンクラッチ８１が設けられ、ファンクラッチ８１を断接することにより、冷却ファン８０の回転比（エンジン２０の回転数に対する冷却ファン８０の回転数の比の値）が増減される。
【００３２】
ＥＣＵ９０には、第１〜第４水温センサ７１〜７４で検出された各水温が入力される。また、ＥＣＵ９０は、第１〜第４水温センサ７１〜７４で検出された各水温に基づいて、サーモスタット５０の動作異常の有無を判断する。
【００３３】
さらに、ＥＣＵ９０は、運転席に設けられたモニター９１（出力部）と通信可能に接続されており、ＥＣＵ９０は、サーモスタット５０の動作に異常があると判断した場合、その旨をモニター９１に表示させる。モニター９１への異常の表示とともに運転者に対して音声で異常を知らせるようにしてもよい。
【００３４】
次に、ＥＣＵ９０で行われる、サーモスタット５０の動作異常判断処理について詳細に説明する。まず、第１〜第３水温センサ７１〜７３で検出された水温から、実際の流量比を算出する手順を説明する。
【００３５】
第１水温センサ７１が配置された位置における冷却水の比熱をＣ１、密度をρ１、温度をＴ１、第２水温センサ７２が配置された位置における冷却水の比熱をＣ２、密度をρ２、温度をＴ２、第３水温センサ７３が配置された位置における冷却水の温度をＴ３とすると、配管表面からの放熱の影響を無視すれば、これらの間には、以下の式（１）による熱量保存の関係が成り立つ。
【００３６】
Ｃ１・ρ１・Ｑ１（Ｔ３−Ｔ１）＋Ｃ２・ρ２・Ｑ２（Ｔ３−Ｔ２）＝０・・・（１）
ここで、Ｃ１＝Ｃ２＝一定、ρ１＝ρ２＝一定とすると、式（１）は、以下の式（２）で表される。
【００３７】
Ｑ１（Ｔ３−Ｔ１）＋Ｑ２（Ｔ３−Ｔ２）＝０  ・・・（２）
また、バイパス流量Ｑ１と冷却流量Ｑ２との合計流量（Ｑ１＋Ｑ２）に対する、バイパス流量Ｑ１の比率を流量比ｒとすると、Ｑ１＝ｒ（Ｑ１＋Ｑ２）、Ｑ２＝（１−ｒ）（Ｑ１＋Ｑ２）と表すことができるので、式（２）は、以下の式（３）に変形することができる。
【００３８】
ｒ（Ｑ１＋Ｑ２）（Ｔ３−Ｔ１）＋（１−ｒ）（Ｑ１＋Ｑ２）（Ｔ３−Ｔ２）＝０・・・（３）
よって、式（３）をｒについて整理すると、
【００３９】
ｒ＝（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ２）・・・（４）
となる。したがって、式（４）を用いて、第１〜第３水温センサ７１〜７３で検出した各位置における水温Ｔ１〜Ｔ３から、実際の流量比を算出することができる。
【００４０】
一方、サーモスタット５０は、正常に動作する場合、図２に示す特性を有している。図２において、横軸は第４水温センサ７４の検出温度Ｔ４、縦軸は流量比ｒを示す。図２に示すように、サーモスタット５０は、冷却水の温度が高い場合にラジエータ３０を通過する冷却流量が増加するように、第４水温センサ７４の検出温度Ｔ４が高いほど、流量比ｒが小さくなる特性を有している。例えば、第４水温センサ７４の検出温度がＴ４（１）の場合、サーモスタット５０の正常動作時の流量比は、ｒ（１）となる。
【００４１】
ＥＣＵ９０は、図２に示すサーモスタット５０の正常動作時の温度と流量比との関係を記憶しており、第４水温センサ７４で検出した水温Ｔ４からサーモスタット５０の正常動作時の流量比を求める。そして、ＥＣＵ９０は、実際の流量比と、サーモスタット５０の正常動作時の流量比とを比較し、サーモスタット５０で動作異常が発生しているかを判断する。
【００４２】
次に、図３に示すフローチャートを用いて、サーモスタット５０の動作異常判断処理について説明する。図３に示すサーモスタット５０の動作異常判断処理は、エンジン２０の運転中、所定周期で繰り返される。
【００４３】
まず、ステップＳ１で、ＥＣＵ９０は、第１〜第３水温センサ７１〜７３で検出した各位置における水温Ｔ１〜Ｔ３を用いて、上述の式（４）から実際の流量比を算出する。
【００４４】
ステップＳ２で、ＥＣＵ９０は、第４水温センサ７４で検出した水温Ｔ４と、予め記憶してある温度と流量比の関係から、サーモスタット５０の正常動作時の流量比を求める。
【００４５】
ステップＳ３で、ＥＣＵ９０は、実際の流量比と、サーモスタット５０の正常動作時の流量比との差を求め、この差の絶対値が閾値以下か否かを判断する。実際の流量比とサーモスタット５０の正常動作時の流量比との差の絶対値が閾値以下の場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ９０は、サーモスタット５０が正常に動作していると判断して、動作異常判断処理を終了する。
【００４６】
一方、実際の流量比とサーモスタット５０の正常動作時の流量比との差の絶対値が閾値を超えている場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ＥＣＵ９０は、サーモスタット５０で動作異常が発生していると判断する。そして、ステップＳ４で、サーモスタット５０で動作異常が発生していることを運転席のモニター９１に表示させる。
【００４７】
図３に示すサーモスタット５０の動作異常判断処理によれば、サーモスタットが流量比を中間位置を含めて制御可能な場合に、サーモスタット５０の動作異常判断を行うことができる。
【００４８】
ところで、通常の機械式サーモスタットでは中間リフト位置に意図的に保持することができない。そのため、サーモスタット５０として機械式サーモスタットを用いる場合には、流量比ｒが１となるサーモスタット全開位置、および流量比ｒが０となるサーモスタット全閉位置の検出のみ行うものとする。
【００４９】
式（４）から明らかなように、水温Ｔ１が水温Ｔ３と等しいときは、水温Ｔ２によらず流量比ｒは１であり、水温Ｔ２が水温Ｔ３と等しいときは、水温Ｔ１によらず流量比ｒは０である。よって、この場合は、流量比ｒの算出に代えて、Ｔ１とＴ３の温度差が閾値以内であること、またはＴ２とＴ３の温度差が閾値以内であることによってサーモスタット５０の動作異常判断を行うようにしても良い。
【００５０】
なお、第１水温センサ７１と第４水温センサ７４の設置位置が近く、配管からの放熱量の影響が小さい場合には、Ｔ１とＴ４が同一温度とみなせる場合がある。この場合は、第１水温センサ７１で検出した水温Ｔ１に代えて、第４水温センサ７４で検出した水温Ｔ４を使用することができる。つまり、第１水温センサ７１を省略することもできる。
【００５１】
以上説明したように、本発明に係るエンジン冷却装置によれば、バイパス流路４３を流れる冷却水の温度、第１アウトレット流路４２ａを流れる冷却水の温度、及び、第２アウトレット流路４２ｂを流れる冷却水の温度から、実際の流量比を算出し、この実際の流量比を、サーモスタット５０の正常動作時の流量比と比較することで、サーモスタット５０の動作異常を検出することができる。
【００５２】
また、サーモスタット５０に動作異常が発生していると判断した場合に、その旨を運転席のモニター９１に表示させるように構成したので、サーモスタット５０の動作異常を速やかに運転者に知らせることができる。
【００５３】
本実施の形態では、サーモスタット５０をインレット流路４１とバイパス流路４３の分岐点に配置したが、これに限定されない。サーモスタット５０をアウトレット流路４２とバイパス流路４３の合流点４４に配置するようにしてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態では、流量比を変化させる流量調整部として、サーモスタット５０を用いたが、これに限定されない。流量調整部として、流量制御弁を用いてもよい。
【００５５】
また、本実施の形態では、サーモスタット５０の正常動作時の流量比を、温度と流量比との関係を示すグラフから求めるようにしたが、これに限定されない。例えば、サーモスタット５０の正常動作時の温度と流量比との関係を示す関数をＥＣＵ９０に記憶しておき、計算によりサーモスタット５０の正常動作時の流量比を算出するようにしてもよい。
【００５６】
また、本実施の形態では、配管表面からの放熱の影響を無視したが、これに限定されない。配管表面からの放熱による流量推定の誤差が大きい場合に、冷却水の流量、温度に応じてサーモスタット５０の正常運転時の温度と流量比との関係を補正してもよい。
【００５７】
また、本実施の形態では、サーモスタット５０に動作異常が発生していると判断した場合に、その旨を運転席のモニター９１に表示させるようにしたが、これに限定されない。例えば、サーモスタット５０の動作異常を音で報知してもよいし、座席を振動させることで報知してもよい。サーモスタット５０の動作異常を運転者に報知する方法は、公知の方法を単独又は組み合わせて用いることができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、サーモスタット５０に動作異常が発生していると判断した場合に、その旨を運転者に報知するようにしたが、これに限定されない。例えば、図４に示すように、サーモスタット５０に動作異常が発生していることを、外部の車両管理システムにおける管理側端末装置に送信するようにしてもよい。
【００５９】
図４に示すように、車両管理システム１００は、車両１０１に搭載された車両側端末装置２００と、管理側の事務所等、車両１０１とは異なる場所に設置された管理側端末装置３００とを備えている。車両側端末装置２００と、管理側端末装置３００とは、無線通信可能に接続されている。なお、車両側端末装置２００と、管理側端末装置３００との間に、サーバとして機能する基地局を設けてもよい。
【００６０】
車両側端末装置２００は、自車両における識別番号、走行距離等の車両情報を記憶した車両情報記憶部２０１、動作異常情報記憶部２０２及びデータ送信部２０３を備える。車両側端末装置２００は、上述のＥＣＵ９０とも通信可能に接続されており、ＥＣＵ９０がサーモスタット５０の動作異常を検出した場合に、ＥＣＵ９０から動作異常情報を受け取り、動作異常情報記憶部２０２に記憶する。また、データ送信部２０３は、記憶した動作異常情報を、車両情報記憶部２０１に記憶してある車両情報とともに管理側端末装置３００に送信する。
【００６１】
管理側端末装置３００は、データ受信部３０１及び通知部３０２を備える。データ受信部３０１は、データ送信部２０３から送信される動作異常情報を受信する。また、通知部３０２は、データ受信部３０１が受信した動作異常情報を、車両情報とともに管理者に通知する。
【００６２】
このようにすれば、車両１０１のサーモスタット５０の交換が必要であることを管理者に把握させることが可能となり、運行管理の向上を図ることができる。
【００６３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明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。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、内燃機関を冷却する冷却水をラジエータへ導入する冷却流路と、ラジエータを経由しないバイパス流路との分岐点に、サーモスタットを配設したエンジン冷却装置に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  エンジン冷却装置
２０  エンジン
２１  冷却水流路
２１ａ  出口部
２１ｂ  入口部
３０  ラジエータ
３０ａ  入口部
３０ｂ  出口部
４０  ラジエータ回路
４１  インレット流路
４１ａ  第１インレット流路
４１ｂ  第２インレット流路
４２  アウトレット流路
４２ａ  第１アウトレット流路
４２ｂ  第２アウトレット流路
４３  バイパス流路
４４  合流点
５０  サーモスタット
６０  ウォータポンプ
６１  吐出口
７１  第１水温センサ
７２  第２水温センサ
７３  第３水温センサ
７４  第４水温センサ
８０  冷却ファン
８１  ファンクラッチ
９０  ＥＣＵ
９１  モニター
１００  車両管理システム
１０１  車両
２００  車両側端末装置
２０１  車両情報記憶部
２０２  動作異常情報記憶部
２０３  データ送信部
３００  管理側端末装置
３０１  データ受信部
３０２  通知部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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