(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通風量を増減させる通風量可変手段を有するラジエータとエンジンとの間の冷却水流路を冷却水の温度に応じて開閉するサーモスタットの開固着を検出するサーモスタット故障検出装置であって、
前記エンジンの運転状態に基づいて冷却水の推定水温を算出する推定水温算出手段と、
冷却水の実水温を検出する実水温検出手段と、
冷却水が昇温中の所定期間内における前記推定水温と前記実水温との差分の変化量が第１の閾値を超えた場合に予備判定を成立させる第１の判定手段と、
前記第１の判定手段が前記予備判定を成立させた際に、前記通風量可変手段を制御して通風量を増加させる通風量制御手段と、
前記通風量制御手段が前記通風量を増加させた後に、前記推定水温と前記実水温との差分が第２の閾値以上となった場合に故障判定を成立させる第２の判定手段とを備えること
を特徴とするサーモスタット故障検出装置。
【請求項２】
前記通風量可変手段は、車体外部から走行風を導入する空気流路の少なくとも一部を開閉するシャッタを有し、
前記通風量制御手段は、前記予備判定の成立に応じて前記シャッタを開状態とすること
を特徴とする請求項１に記載のサーモスタット故障検出装置。
【請求項３】
前記通風量可変手段は、前記ラジエータに対向して配置された電動ファンを有し、
前記通風量制御手段は、前記予備判定の成立に応じて前記電動ファンを送風状態とすること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサーモスタット故障検出装置。
【請求項４】
前記第１の判定手段は、車両の走行速度が所定値以上である状態が予め設定された期間以上継続した場合にのみ前記予備判定を成立させること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のサーモスタット故障検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷式のエンジンとラジエータとの間の冷却水流路を開閉するサーモスタットの開固着を検出するサーモスタット故障検出装置に関し、特に故障検出精度を向上したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば乗用車等の自動車に搭載される水冷式のエンジンにおいては、エンジンのシリンダヘッドやシリンダライナ等を冷却する冷却水を、熱交換器であるラジエータに循環させ、走行風との熱交換によって冷却している。
また、このようなエンジンにおいては、冷間始動後の暖気促進のため、冷却水温が所定温度以下である場合には、流路を閉塞してラジエータへの通水を停止するサーモスタットを備えている。
サーモスタットが開状態で固着故障した場合、暖気に要する時間が過度に長くなり、また冷却水温が通常時の水温よりも低温で運転されるいわゆるオーバークールと称されるトラブルの原因となる。
【０００３】
サーモスタットの故障検出に関する従来技術として、例えば特許文献１には、エンジン回転数、エンジン負荷、車速、外気温などに基づいて、故障時最高水温及び正常時最低水温を演算するとともに、これらの算出値を実際のエンジン水温と比較することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開公報ＷＯ２０１３／１６８５２９Ａ１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、冷却要求が比較的シビアでない場合に、車外からの走行風をラジエータに導入するグリル（ダクト）の一部をシャッタにより閉塞し、車両の空気抵抗を低減して燃費向上を図るアクティブグリルシャッタが提案されている。
このようなアクティブグリルシャッタを有する車両においては、エンジンの暖気中は通常シャッタが閉塞されているため、ラジエータの通風量が抑制されている。
この場合、サーモスタットが開固着する故障が発生していても、正常時との水温差が小さくなるため、故障を検出できない場合があるという問題があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、故障検出精度を向上したサーモスタット故障検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、通風量を増減させる通風量可変手段を有するラジエータとエンジンとの間の冷却水流路を冷却水の温度に応じて開閉するサーモスタットの開固着を検出するサーモスタット故障検出装置であって、前記エンジンの運転状態に基づいて冷却水の推定水温を算出する推定水温算出手段と、冷却水の実水温を検出する実水温検出手段と、冷却水が昇温中の所定期間内における前記推定水温と前記実水温との差分の変化量が第１の閾値を超えた場合に予備判定を成立させる第１の判定手段と、前記第１の判定手段が前記予備判定を成立させた際に、前記通風量可変手段を制御して通風量を増加させる通風量制御手段と、前記通風量制御手段が前記通風量を増加させた後に、前記推定水温と前記実水温との差分が第２の閾値以上となった場合に故障判定を成立させる第２の判定手段とを備えることを特徴とするサーモスタット故障検出装置である。
これによれば、冷却水が昇温中の所定期間内における推定水温と実水温との差分の変化量が第１の閾値を超えた場合には、サーモスタットの開固着故障が生じている可能性が高いものとして予備判定を成立させ、ラジエータへの通風量を増加させて正常時と故障時との水温乖離が大きい状態を作り出した後に、推定水温と実水温との差分を第２の閾値と比較して故障判定を行うことによって、ラジエータの通風量可変手段が設けられた車両であってもサーモスタットの開固着故障の検出精度を向上することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記通風量可変手段は、車体外部から走行風を導入する空気流路の少なくとも一部を開閉するシャッタを有し、前記通風量制御手段は、前記予備判定の成立に応じて前記シャッタを開状態とすることを特徴とする請求項１に記載のサーモスタット故障検出装置である。
請求項３に係る発明は、前記通風量可変手段は、前記ラジエータに対向して配置された電動ファンを有し、前記通風量制御手段は、前記予備判定の成立に応じて前記電動ファンを送風状態とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のサーモスタット故障検出装置である。
これらの各発明によれば、予備判定の成立時にラジエータへの通風量を増加させて上述した効果を確実に得ることができる。
【０００８】
請求項４に係る発明は、前記第１の判定手段は、車両の走行速度が所定値以上である状態が予め設定された期間以上継続した場合にのみ前記予備判定を成立させることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のサーモスタット故障検出装置である。
これによれば、予備判定の精度を向上することによって、最終的な故障判定の精度をより向上することができる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、故障検出精度を向上したサーモスタット故障検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用したサーモスタット故障検出装置の実施例が設けられる車両のエンジン冷却系の構成を示す図である。
【図２】実施例のサーモスタット故障検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施例のサーモスタット故障検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】エンジン始動後の車速及び冷却水温の推移の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、故障検出精度を向上したサーモスタット故障検出装置を提供する課題を、エンジンの運転状態に基づいて推定される推定水温の増加率に対して実水温の増加率が乖離した場合に、グリルシャッタを強制的に開状態として正常時と開固着故障時との水温差が拡大する状態を作り出し、その後の推定水温と実水温との差分が大きい場合にサーモスタットの開固着故障を確定診断することによって解決した。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明を適用したサーモスタット故障検出装置の実施例について説明する。
実施例のサーモスタット故障検出装置は、例えば、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される水冷式のガソリンエンジンに設けられるものである。
【００１３】
図１は、実施例のサーモスタット故障検出装置が設けられる車両のエンジン冷却系の構成を示す図である。
実施例の冷却系１は、水を主成分とし、不凍性を高めるためのエチレングリコールや防食剤、消泡剤などを添加したロングライフクーラントである冷却水を、エンジン１０のシリンダヘッドやシリンダライナに形成されたウォータージャケットに強制循環させてこれらを冷却するものである。
エンジン１０等を冷却する冷却系１は、ウォーターポンプ２０、フィラータンク３０、ラジエータ４０、リザーバタンク５０、サーモスタット６０、電動ファン７０、グリルシャッタ８０等を有して構成されている。
【００１４】
エンジン１０は、一例として、水平対向４気筒の４ストロークガソリン直噴エンジンであるが、シリンダレイアウトや気筒数などは特にこれに限定されない。
エンジン１０は、インレット配管１１、アウトレット配管１２，１３等を有する。
インレット配管１１は、ウォーターポンプ２０が吐出する冷却水をエンジン１０の内部の冷却水流路に導入する管路である。
エンジン１０の主機に導入された冷却水は、シリンダヘッドやシリンダライナに形成されたウォータージャケットを順次通過してシリンダヘッド、シリンダライナ等を冷却した後、アウトレット配管１２，１３によって排出される。
アウトレット配管１２，１３は、エンジン１０の冷却水流路から排出された冷却水を、フィラータンク３０及びラジエータ４０にそれぞれ搬送する管路である。
【００１５】
ウォーターポンプ２０は、冷却水を加圧して吐出し、冷却系１内部の冷却水を強制的に循環させるものである。
ウォーターポンプ２０は、エンジン１０のシリンダブロックに取り付けられ、タイミングチェーン等を介してクランク軸と連動して駆動される。
ウォーターポンプ２０の吐出口は、エンジン１０のインレット配管１１に接続されている。
【００１６】
フィラータンク３０は、エンジン１０のアウトレット配管１２から導入された冷却水が一時的に貯留される容器である。
フィラータンク３０には、アウトレット配管３１、バイパス配管３２が設けられている。
アウトレット配管３１は、フィラータンク３０から出た冷却水をラジエータ４０に導入する管路である。
バイパス配管３２は、フィラータンク３０から出た冷却水を、ラジエータ４０を通過することなくウォーターポンプ２０の入口部に還流させる管路である。
【００１７】
ラジエータ４０は、冷却水を走行風との熱交換によって冷却する熱交換器である。
ラジエータ４０は、入口側、出口側にそれぞれ設けられた一対のタンク間を、多数のフィン付きチューブによって連通させ、フィン付きチューブ内を冷却水が通過することによって、冷却水が持つ熱をフィンから放熱させるよう構成されている。
【００１８】
リザーバタンク５０は、フィラータンク３０及びラジエータ４０のラジエータキャップ４１からオーバーフローした冷却水が、リザーバ配管５１，５２を介して導入され、これを一時的に貯留するものである。
【００１９】
サーモスタット６０は、ラジエータ４０から出た冷却水を、ウォーターポンプ２０に還流させる流路の一部に設けられ、冷却水温が低温である場合に流路を閉塞してラジエータ４０の通過する冷却水の流れを実質的に停止させるものである。
サーモスタット６０は、流路を開閉するバルブ及びバルブを閉弁側へ付勢するスプリングを有する。
サーモスタット６０は、さらに冷却水温度が上昇すると膨張する密閉型のワックスペレットを備え、バルブはワックスペレットの膨張によって開弁側へ駆動され、流路を開放する。
上記した構成によって、サーモスタット６０は、正常時においては、冷却水温が所定の開弁温度以下では流路を閉塞し、それ以上の温度では流路を開くようになっている。
開弁温度は、一例として、８０℃程度に設定されている。
【００２０】
電動ファン７０は、ラジエータ４０に対向して配置されたブロワファンを、電動モータである電動ファンモータ１４２（図２参照）で回転させることによって、ラジエータ４０に強制的に通風させる送風手段である。
電動ファン７０は、通常時においては、冷却水温が所定の閾値（例えば９６℃程度）を超過した場合に作動するようになっている。
【００２１】
グリルシャッタ８０は、車両の走行時に発生する気流である走行風をラジエータ４０に導入するグリル開口を、電動アクチュエータであるシャッタアクチュエータ１４１（図２参照）によって駆動される可動フラップによって開閉するものである。
グリルシャッタ８０は、冷却水温が所定の低温状態である場合や、エンジン１０や図示しないエアコンディショナーの負荷が低く冷却要求が比較的低い場合等に、グリル開口の一部又は全部を閉塞することによって、車体の空気抵抗係数Ｃｄを低減することによって燃費を改善する。
【００２２】
図２は、実施例のサーモスタット故障検出装置の構成を示すブロック図である。
サーモスタット故障検出装置は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００を有する。
ＥＣＵ１００は、エンジン１０及びその補機類を統括的に制御するものである。
ＥＣＵ１００は、例えば、ＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有して構成されている。
ＥＣＵ１００は、アクセルペダルセンサ１１０が検出するアクセルペダルの踏込量等に基づいて、ドライバ要求トルクを算出し、エンジン１０が発生する実際のトルクがドライバ要求トルクに近付くよう、スロットルアクチュエータ１２１、燃料噴射装置１２２、点火装置１２３等を制御し、エンジン１０の出力を調節するものである。
【００２３】
また、ＥＣＵ１００は、推定水温算出手段１０１、予備判定手段１０２、故障判定手段１０３、通風量制御手段１０４等を備えている。
これらの各手段は、各手段ごとに設けられる個別のハードウェアにより構成されるものであってもよく、また、共通のＣＰＵ等のハードウェアを利用してソフトウェア的に構成されるものであってもよい。
【００２４】
推定水温算出手段１０１は、車両及びエンジン１０の運転状態に基づいて、冷却系が正常な場合における冷却水の温度を推定するものである。
推定水温算出手段１０１は、例えば、エンジン１０の吸入空気量、回転数の履歴に基づいて冷却水への入熱量（エンジンの発熱量）を推定するとともに、ここから外気温及び車速に基づいて推定された冷却水からの放熱量を差し引くことによって、冷却水の温度を推定する。
これらの各パラメータから推定水温を算出する数式は、例えば実機を用いた実験や、シミュレーション等によって得ることが可能である。
【００２５】
予備判定手段１０２は、エンジン１０の冷間始動後、冷却水が常温（雰囲気温度）からサーモスタット６０の通常時開弁温度まで昇温する際の水温の単位時間あたり変化率（水温の傾き）に基づいて、サーモスタット６０の開固着故障が懸念される状態を判定する予備判定を行うものである。
故障判定手段１０３は、予備判定手段１０２による予備判定が成立した場合に、冷却水の推定温度と実温度との乖離に基づいて、確定診断としての故障判定を行うものである。
通風量制御手段１０４は、シャッタアクチュエータ１４１、電動ファンモータ１４２を制御して、グリルシャッタ８０の開閉及び電動ファン７０のオンオフを切り替えるものである。
これらの動作、機能については、後に詳しく説明する。
【００２６】
アクセルペダルセンサ１１０は、ドライバがアクセル操作を行なうアクセルペダルの操作量（踏込量）を検出する位置エンコーダを備えている。
スロットルアクチュエータ１２１は、ＥＣＵ１００からの指令に応じて、エンジン１０の吸入空気量を制御するスロットルバルブを開閉駆動する電動アクチュエータである。
燃料噴射装置１２２は、エンジン１０の各気筒に設けられ、シリンダ内に燃料噴霧を噴出するインジェクタ、及び、インジェクタに加圧された燃料を供給する燃料供給手段を備えている。
燃料噴射装置１２２は、ＥＣＵ１００からの指令に応じて、各シリンダに所定の噴射量の燃料を所定の噴射時期に噴射する。
点火装置１２３は、ＥＣＵ１００からの指令に応じて、各気筒の点火栓に点火信号（点火電圧）を供給する。
【００２７】
また、ＥＣＵ１００には、水温センサ１３１、外気温センサ１３２、車速センサ１３３、クランク角センサ１３４等の各種センサが接続され、その出力が入力され処理可能となっている。
水温センサ１３１は、エンジン１０から出た冷却水の温度を検出するものである。
外気温センサ１３２は、車両周囲の外気温（雰囲気温度）を検出するものである。
車速センサ１３３は、車輪の回転速度と実質的に比例する周波数のパルス信号を出力するものである。
ＥＣＵ１００は、車速センサ１３３が出力するパルス信号に応じて、車両の走行速度を演算する。
クランク角センサ１３４は、エンジン１０の出力軸であるクランクシャフトの回転速度と実質的に比例する周波数のパルス信号を出力するものである。
ＥＣＵ１００は、クランク角センサ１３４が出力するパルス信号に応じて、車両の走行速度を演算する。
【００２８】
また、ＥＣＵ１００は、シャッタアクチュエータ１４１、電動ファンモータ１４２の動作を制御する。
シャッタアクチュエータ１４１は、グリルシャッタ８０を開閉する電動アクチュエータである。
電動ファンモータ１４２は、電動ファン７０のブロワファンを回転駆動するものである。
【００２９】
図３は、実施例のサーモスタット故障検出装置の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ０１：車速・水温判断＞
ＥＣＵ１００は、現在の車速が予め設定された所定値以上であり、かつ、水温センサ１３１によって検出された冷却水の温度が予め設定された所定値以下であるか否かを判別する。
この所定値は、例えば、サーモスタット６０の正常時における開弁温度以下に設定される。
車速が所定値以上かつ水温が所定値以下である場合は、予備診断の実行条件が充足したものとして、ステップＳ０２に進み、その他の場合は、ステップＳ０３に進む。
【００３０】
＜ステップＳ０２：診断条件タイマ加算＞
ＥＣＵ１００は、予備診断の実行条件が充足した状態の継続時間を計時するタイマ手段である診断条件タイマのタイマ値を加算する。
その後、ステップＳ０４に進む。
【００３１】
＜ステップＳ０３：診断条件タイマリセット＞
ＥＣＵ１００は、診断条件タイマのタイマ値をリセットし、その後、ステップＳ０１に戻って以降の処理を繰り返す。
【００３２】
＜ステップＳ０４：タイマ値判断＞
ＥＣＵ１００は、診断条件タイマのタイマ値が、予め設定された閾値（例えば６０秒）以上であるか判別する。
タイマ値が閾値以上である場合は、ステップＳ０５に進み、その他の場合は、ステップＳ０１に戻って以降の処理を繰り返す。
【００３３】
＜ステップＳ０５：実水温・推定水温差分変化判断＞
ＥＣＵ１００の予備判定手段１０２は、推定水温算出手段１０１によって推定された水温（推定水温）から、水温センサ１３１によって検出された実際の水温（実水温）を減じた差分の所定時間における変化量（予備診断判定値）を、予め設定された第１の閾値と比較する。
予備診断判定値が第１の閾値を超えた場合は、サーモスタット６０が開固着故障している可能性が高いものとして予備診断を成立させ、ステップＳ０６に進む。
その他の場合は、ステップＳ０７に進む。
【００３４】
＜ステップＳ０６：シャッタ開・電動ファン作動＞
ＥＣＵ１００の通風量制御手段１０４は、シャッタアクチュエータ１４１、電動ファンモータ１４２を作動させ、グリルシャッタ８０を閉状態から開状態へ移行させるとともに、電動ファン７０による送風を開始して、ラジエータ４０の通風量を増加させる。
その後、ステップＳ０８に進む。
【００３５】
＜ステップＳ０７：シャッタ閉・電動ファン停止＞
ＥＣＵ１００の通風量制御手段１０４は、グリルシャッタ８０を閉状態、電動ファン７０を停止（オフ）状態に維持する。
その後、ステップＳ０８に進む。
【００３６】
＜ステップＳ０８：診断判定温度判断＞
ＥＣＵ１００は、推定水温算出手段１０１が推定する推定水温を、予め設定された診断判定温度（例えば、８０℃程度）と比較する。
推定水温が診断判定温度以上である場合は、ステップＳ０９に進み、その他の場合は、推定水温が診断判定温度に到達するまでステップＳ０８を繰り返す。
【００３７】
＜ステップＳ０９：推定水温・実水温差分判断＞
ＥＣＵ１００の故障判定手段１０３は、水温センサ１３１によって検出された実際の水温（実水温）から、推定水温算出手段１０１によって推定された水温（推定水温）を減じた差分（推定水温と実水温との乖離量）を、予め設定された第２の閾値と比較する。
差分が第２の閾値以上である場合は、ステップＳ１０に進み、その他の場合は、一連の処理を終了（リターン）する。
【００３８】
＜ステップＳ１０：故障判定成立＞
ＥＣＵ１００の故障判定手段１０３は、サーモスタット６０の開固着故障判定を成立させる。
その後、一連の処理を終了する。
【００３９】
図４は、エンジン始動後の冷却水温の推移の一例を示すグラフである。
図４において、横軸はエンジン始動後の時間を示し、縦軸は車速及び冷却水温を示している。
実線は、冷却系１が正常な場合の推定水温を示している。なお、冷却系１が正常な場合には、実際の水温（実水温）もこの推定水温と実質的に一致する。
一点鎖線は、サーモスタット６０が開固着故障しており、グリルシャッタ８０が閉じかつ電動ファン７０がオフの状態における実水温を示している。
二点鎖線は、サーモスタット６０が開固着故障しており、グリルシャッタ８０が開きかつ電動ファン７０がオンの状態における実水温を示している。
実線太線は、車速を示している。
【００４０】
図４に示すように、グリルシャッタ８０が閉じた状態においては、サーモスタット６０の開固着故障が生じていたとしても、冷却水温は最終的には推定水温に近付くため、推定水温と実水温との差分のみでは故障の検出ができない場合がある。
この点、本実施例によれば、冷却水が昇温中（図４において破線矩形で示す領域）の時間あたり温度変化率（図４における傾き）の違いに基づいて、サーモスタット６０の開固着故障の可能性が高い状態を判定（予備判定）し、グリルシャッタ８０を開きかつ電動ファン７０をオンすることによって、ラジエータ４０への通風量を増加して正常状態と故障状態との水温乖離が大きくなる状態を作り出し、サーモスタット６０の開固着故障を適切に検出することができる。
【００４１】
以上説明したように、実施例によれば、エンジン１０の始動直後における冷却水の昇温中の温度変化率に基づいて予備判定が成立した場合に、グリルシャッタ８０を開きかつ電動ファン７０を作動させてラジエータ４０への通風量を増加させた状態で故障判定を行うことによって、グリルシャッタ８０を有する車両であってもサーモスタット６０の開固着故障を精度よく検出することができる。
【００４２】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）サーモスタット故障検出装置、及び、これが設けられるエンジンの構成は、上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、実施例ではエンジンはガソリンエンジンであったが、ガソリン以外の燃料を用いる火花点火式エンジンや、ディーゼルエンジン、ＨＣＣＩ燃焼を行うエンジンなど、あらゆる種類の水冷式内燃エンジンに本発明を適用することが可能である。
（２）エンジンの冷却系は実施例の構成に限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、ターボチャージャ等の過給器や水冷式オイルクーラ、水冷式インタークーラ、ヒータコアなどに冷却水を循環させる流路を設けてもよい。
（３）実施例においては、グリルシャッタ及び電動ファンをともに用いてラジエータの通風量を増加させているが、本発明は、グリルシャッタを持たない車両にも適用することができる。この場合、ラジエータの通風量は電動ファンによって増加する構成とすることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    冷却系                        １０    エンジン
１１    インレット配管                １２    アウトレット配管
１３    アウトレット配管              ２０    ウォーターポンプ
３０    フィラータンク                ３１    アウトレット配管
３２    バイパス配管                  ４０    ラジエータ
５０    リザーバタンク                ５１    リザーバ配管
５２    リザーバ配管                  ６０    サーモスタット
７０    電動ファン                    ８０    グリルシャッタ
１００    エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
１０１    推定水温算出手段            １０２    予備判定手段
１０３    故障判定手段                １０４    通風量制御手段
１１０    アクセルペダルセンサ        １２１    スロットルアクチュエータ
１２２    燃料噴射装置                １２３    点火装置
１３１    水温センサ                  １３２    外気温センサ
１３３    車速センサ                  １３４    クランク角センサ
１４１    シャッタアクチュエータ      １４２    電動ファンモータ
【図１】
0006337032.tif 000002
【図２】
0006337032.tif 000003
【図３】
0006337032.tif 000004
【図４】
0006337032.tif 000005