JP2013253567A - エンジン冷却装置の故障判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダブロック側冷却液通路と冷却系との間に介在するサーモスタットの故障判定を行うことのできるエンジン冷却装置の故障判定装置を提供する。
【解決手段】エンジン冷却装置の故障判定装置は、冷却系とシリンダブロックウォータージャケットとの間の連通と遮断を切り替えるように開閉するサーモスタットの故障判定を行う。エンジン冷却装置の故障判定装置は、ＩＳＣ学習手段と、判定手段とを備える。ＩＳＣ学習手段は、アイドリング中のエンジン回転数を目標エンジン回転数に一致させるようにアイドルスピードコントロールに係るバルブ開度を設定し、当該設定した開度又はこれと相関を有する値をＩＳＣ学習値として記憶する。判定手段は、今回のＩＳＣ学習値と前回のＩＳＣ学習値との差分が所定値以上大きい場合に、前記サーモスタットの開弁故障が生じていると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン冷却装置の故障判定装置に関する。

従来、例えば、特開２００９−７４３８１号公報に開示されているように、シリンダブロックが冷却液通路（ウォータージャケット）を備え、この冷却液通路にサーモスタットが設けられた冷却システムが知られている。この公報にかかる冷却システムは２系統冷却システムであり、詳細には、上記のシリンダブロック側冷却液通路（温間時冷却通路）とともに、シリンダヘッド側にも冷却液通路（冷間時バイパス通路）が設けられている。すなわち、温間時冷却通路は、シリンダブロックの側壁に形成された導入開口部を含み、ウォーターポンプから供給された冷却水をシリンダブロックのウォータージャケットに供給する。冷間時バイパス通路は、シリンダブロックのウォータージャケットをバイパスしてウォーターポンプから供給された冷却水をシリンダヘッドのウォータージャケットに供給する。シリンダブロックの側壁には、温間時冷却通路と冷間時バイパス通路とが合流する合流部が形成されている。この冷間時バイパス通路の開度を変更するサーモスタット弁が設けられている。

特開２００９−７４３８１号公報 特開２００９−１９７６６４号公報 特開平９−２０３３４０号公報 特開２０００−１０４５４９号公報 特開２００９−２８７４５４号公報 国際公開ＷＯ２０１１／６７８５７号公報

サーモスタットに、正常状態よりも開き側状態となる故障或いは完全に開いて固着する故障が生じることがある。このような故障を、「開弁故障」とも称す。上記従来の技術のように、２系統冷却システムにおいては、シリンダブロック側ウォータージャケットの開閉を担うサーモスタットが設けられる。このサーモスタットが開弁故障を引き起こすと、シリンダブロックの冷却を不必要なまでに行ってしまう。その結果エンジンフリクション増大などの問題を招いてしまうため、このサーモスタットの故障判定を行うことが好ましい。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、シリンダブロック側冷却液通路と冷却系との間に介在するサーモスタットの故障判定を行うことのできるエンジン冷却装置の故障判定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、冷却系とシリンダブロックウォータージャケットとの間の連通と遮断を切り替えるように開閉するサーモスタットの故障判定を行う、エンジン冷却装置の故障判定装置であって、
アイドリング中のエンジン回転数を目標エンジン回転数に一致させるようにアイドルスピードコントロールに係るバルブ開度を設定し、当該設定した開度又はこれと相関を有する値をＩＳＣ学習値として記憶するＩＳＣ学習手段と、
今回のＩＳＣ学習値と前回のＩＳＣ学習値との差分が所定値以上大きい場合に、前記サーモスタットの開弁故障が生じていると判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記判定手段が、
今回のＩＳＣ学習値と前回のＩＳＣ学習値との差分が所定値以上大きい場合に、前回のＩＳＣ学習値を保持する第１判定手段と、
前記第１判定手段で判定を行った後の次のトリップにおいて、前記第１判定手段で保持した前記ＩＳＣ学習値が、今回のＩＳＣ学習値に対して所定値以上大きい場合に、前記サーモスタットの開弁故障が生じていると判定する第２判定手段と、
を備えることを特徴とする。

サーモスタットが開弁故障を起こしている場合にはボア壁温が正常時より低くなるためエンジンフリクションが高くなることから、アイドルスピードコントロールのために吸入空気量を増加する必要性が増す。
第１の発明によれば、この点を利用して、アイドルスピードコントロールに係るバルブ開度又はこれと相関を有する値に基づいてサーモスタットの故障判定を行うことができる。

第２の発明によれば、二重の判定を行うことで、サーモスタットの故障を正確に判定することができる。

本発明の実施の形態にかかるエンジン冷却装置の故障判定装置を、これが適用される内燃機関の冷却装置の構成とともに示す図である。 本発明の実施の形態にかかるエンジン冷却装置の故障判定装置において、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。

図１は、本発明の実施の形態にかかるエンジン冷却装置の故障判定装置を、これが適用される内燃機関の冷却装置の構成とともに示す図である。本実施の形態にかかるエンジン冷却装置の故障判定装置は、エンジン冷却装置の一部品である第２サーモスタット４０をその故障判定対象とするものである。本実施の形態にかかるエンジン冷却装置の故障判定装置は、エンジンの統合制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０の一機能として実現される。

図１に示すように、シリンダブロック１０およびシリンダヘッド１２を含むエンジン本体には、冷却液通路部２０、２２、２４、２８によって構成される冷却液通路が接続されている。この冷却液通路は、シリンダヘッド１２内部の第１ウォータージャケット３０、およびシリンダブロック１０内部の第２ウォータージャケット３２とに連通している。この内部を、冷却液（ＬＬＣ）が流れることで、エンジン本体の冷却が実施されるものである。

なお、図示しないが、シリンダブロック１０内には複数の気筒が設けられており、各気筒について吸気バルブ、排気バルブ、点火プラグ、燃料噴射弁等の内燃機関の燃焼に必要な各種構成が設けられている。

冷却液通路部２２にはラジエータ３４が設けられており、冷却液通路部２０からラジエータ３４を警手して冷却液通路部２４へと冷却液が流れる。冷却液通路部２０と冷却液通路部２４との間を結ぶバイパス通路２６が、ラジエータ３４をバイパスするように設けられている。冷却液通路部２０には水温センサ４２が設けられている。冷却液通路部２４には、すなわちラジエータ３４の出口側には、第１サーモスタット３６が設けられている。

冷却液通路部２４には、ウォーターポンプ３８が設けられており、このウォーターポンプ３８は第１ウォータージャケット３０および第２ウォータージャケット３２の入口側に位置している。このようにウォーターポンプ３８の出口は、第１ウォータージャケット３０および第２ウォータージャケット３２という２系統に別れている。ウォーターポンプ３８下流において、第１ウォータージャケット３０と第２ウォータージャケット３２との分岐点よりも第２ウォータージャケット３２側には、第２サーモスタット４０が設けられている。第１サーモスタット３６の開弁温度は、第２サーモスタット４０の開弁温度よりも低いものとする。

ＥＣＵ５０は、その内部に演算ユニット（ＭＰＵ）、記憶デバイス（ＲＡＭ，ＲＯＭ）、入出力インターフェースを含む演算処理装置であって、その入出力インターフェースは内燃機関の運転にかかる各種センサおよび各種アクチュエータと接続している。そのなかの１つとして、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ（図示せず）と接続しており、これからクランク角およびエンジン回転数を算出する処理を備えている。ＥＣＵ５０は、ウォーターポンプ３８および水温センサ４２とも接続している。

ＥＣＵ５０は、図示しない電子制御スロットルに接続しており、その電子制御スロットルに設けられたアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣＶ）の開度制御をも実施することができるように構成されている。ＥＣＵ５０は、アイドルスピードコントロール制御部（ＩＳＣ制御部）５２を有している。

ＩＳＣ制御部５２は、ＩＳＣＶの開度を学習するＩＳＣ学習処理を備えている。ＩＳＣＶの開度は、アイドル回転数制御（ＩＳＣ）による空気流量（ｌ／ｓｅｃ）と相関を持っており、その開度が大きいほど当該空気流量も多くなる。このＩＳＣ学習処理は、アイドリング時のエンジン回転数を目標エンジン回転数に収束させたとき（所定範囲内に収めたとき）におけるＩＳＣＶの開度を学習（その値を、保持つまりホールド）するものである。

ＥＣＵ５０の記憶装置（ＲＯＭ）には、ＩＳＣ制御部５２の制御に供する許可水温を記憶している。許可水温とは、ＩＳＣ学習処理を実行するか否かをエンジン冷却水温ｔｈｗで判定するための基準値である。ＩＳＣ制御部５２は、エンジン冷却水温ｔｈｗがこの許可水温以上であることを条件としてＩＳＣ学習処理を実行する。

上記の構成において、第２サーモスタット４０が開弁故障を起こしている場合には、正常時に予定していない不必要な冷却が行われる。そうすると、エンジンフリクション増大や、冷却水温上昇が遅延する関係で排気エミッション悪化およびヒーター性能低下などの不具合が生じてしまう。

ところで、第２サーモスタット４０の開弁故障により正常時に予定していない不必要な冷却が行われることで、シリンダブロック１０のボア壁温が正常時より低くなる。このためエンジンフリクションが高くなることから、アイドルスピードコントロールのために吸入空気量を増加する必要性が増す。つまりＩＳＣＶの開度が正常時よりも大きく設定される。そこで、本実施の形態によれば、この点を利用して、アイドルスピードコントロールに係るバルブ開度に基づいてサーモスタットの故障判定を行う。

図２は、本発明の実施の形態にかかるエンジン冷却装置の故障判定装置において、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンにおけるサーモスタット開故障仮判定フラグであるxts2oppreが、当初はＯＦＦに設定された状態である。

図２のルーチンでは、先ず、ＥＣＵ５０が、水温センサ４２の出力に基づいて、現在の冷却水温度ｔｈｗを取得する処理を実行する（ステップＳ１００）。

次に、ＥＣＵ５０が、前トリップのＩＳＣ学習値であるＱＧＯを取得する処理を実行する（ステップＳ１０２）。ＩＳＣ学習値とは、本実施の形態ではＩＳＣＶの開度の値である。

次に、ＥＣＵ５０が、ｔｈｗが所定値ＴＨＷＱＧ以上であるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１０４）。このＴＨＷＱＧは、あらかじめ定めた固定値であり、ＩＳＣ制御部５２がＩＳＣ学習処理を実行するか否かの許可水温と同じである。例えば８０℃とすることができる。ステップＳ１０４の条件が不成立（ＮＯ）であった場合には、今回の処理が終了し、処理がリターンする。

ステップＳ１０４の処理が成立（ＹＥＳ）であった場合には、ＥＣＵ５０は、ＩＳＣＶ開度収束判定フラグであるxqgokを取得する処理を実行する（ステップＳ１０６）。図２のフローチャートには明記していないが、本実施の形態では、アイドリング時に、ＩＳＣ制御部５２が、エンジン回転数が目標エンジン回転数に収束（所定範囲内に収まったかどうか）したか否かを判定する判定処理を実行する。この収束が完了した場合には、xqgokがオンとされる。ステップＳ１０６の処理は、このxqgokがオンであることを確認したうえで、次のステップに進むものである。

次に、ＥＣＵ５０が、現在のＩＳＣ学習値であるＱＧを取得する処理を実行する（ステップＳ１０８）。このステップは、ステップＳ１０６でフラグによりエンジン回転数の収束が確認されたことから、その結果として学習されたＩＳＣ学習値の今回値であるＱＧを取得するものである。

次に、ＥＣＵ５０が、ＱＧとＱＧＯの差分が、所定値ＤＱＧＮＧを上回っているか否かを判定する比較判定処理を実行する（ステップＳ１１０）。所定値ＤＱＧＮＧは、あらかじめ定めた固定値である。ＤＱＧＮＧは、例えばアイドル回転時における空気流量（ＩＳＣ流量）が０．３Ｌ／ｓｅｃとなるＩＳＣＶ開度の値を設定することができる。

ステップＳ１１０の処理によれば、第２サーモスタット４０の開弁故障によりエンジンフリクションが高くなることから、アイドルスピードコントロールのために吸入空気量を増加する必要性が増す点に着眼して、ＩＳＣＶの開度が前回の値より所定値以上大きく設定されたか否かに基づいて第２サーモスタット４０の故障判定を行うことができる。

ステップＳ１１０の条件が不成立（ＮＯ）である場合には、ＥＣＵ５０は、サーモスタット正常判定フラグの操作を行う処理を実行する（ステップＳ１１２）。このステップでは、サーモスタット正常判定フラグであるxts2okフラグがＯＮに設定される。ＱＧの値が前回値ＱＧＯと所定範囲内の値に収まっており、第２サーモスタット４０に故障が認められないと判断されたからである。

続いて、ＥＣＵ５０が、後述するサーモスタット開故障仮判定フラグの操作を行う処理を実行する（ステップＳ１１３）。このステップでは、サーモスタット開故障仮判定フラグであるxts2oppreフラグがＯＦＦに設定される。その後、今回のトリップにおける故障判定処理のルーチンが終了する。

ステップＳ１１０の条件が成立（ＹＥＳ）である場合には、ＥＣＵ５０は、サーモスタット開故障仮判定フラグであるxts2oppreがＯＮとなっているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１１４）。

ステップＳ１１４の条件が不成立（ＮＯ）である場合には、ＥＣＵ５０は、サーモスタット開故障仮判定フラグであるxts2oppreをＯＮとする処理を実行する（ステップＳ１１６）。
さらに、今回のＱＧＯがホールド（保持）される（ステップＳ１１７）。つまり、ＱＧＯは本来、現在ルーチン実行中のトリップを基準として前回のトリップでのＩＳＣ学習値を意味するものであるから、通常は今回のトリップの終了時に最新のＱＧを上書き更新すべきものである。しかしながら、本ステップでは、このような上書き更新を行わない。
その後、今回のトリップにおける故障判定処理のルーチンが終了する。

ステップＳ１１４の条件が成立（ＹＥＳ）である場合には、ＥＣＵ５０は、サーモスタット開故障正判定フラグであるxts2opをＯＮとする処理を実行する（ステップＳ１１８）。
このxts2opのＯＮをもって、第２サーモスタット４０が故障しているとの判定結果が確定する。つまり、本実施の形態では、xts2oppreがＯＮとなるのみでは故障判定結果は確定しない。２回のトリップで続けてステップＳ１１０の条件が成立した場合に、第２サーモスタット４０が故障しているとの判定結果が確定するものである。これにより、二重の判定を行い、故障判定の精度および信頼性を高めることができる。
さらに、ＥＣＵ５０が、警告灯を転倒する処理を実行する（ステップＳ１２０）。
その後、今回のトリップにおける故障判定処理のルーチンが終了する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、アイドルスピードコントロールに係るバルブ開度（ＩＳＣＶ開度）に基づいてサーモスタットの故障判定を行うことができる。また、本実施の形態によれば、サーモスタット開故障仮判定フラグであるxts2oppreと、サーモスタット開故障正判定フラグであるxts2opとを用いて、二重の判定を行い、故障判定の精度および信頼性を高めることができる。

さらに、本実施の形態によれば、水温センサ等に基づく水温挙動ではなくＩＳＣＶ学習値に基づいて第２サーモスタット４０の故障を判定することができる。仮に図１の水温センサ４２などの冷却系中の水温センサのセンサ値を利用して、水温挙動に基づく故障診断を行おうとすると、故障判定精度の確保が難しかったり、水温センサの増設が必要となったりする。故障判定精度の確保が難しい理由は、第２サーモスタット４０のみの故障の場合、第１ウォータージャケット３０側には冷却水が流れるので、開弁故障時であっても水温センサ４２では正常時とほぼ同様の水温挙動が観測されてしまうからである。この点、本実施の形態によれば、故障判定精度を確保し、水温センサ増設を要求しない低コストな構成によって、第２サーモスタット４０の故障判定を実施することができる。

なお、本実施の形態ではＩＳＣ学習値とは、本実施の形態ではＩＳＣＶの開度の値であるが、アイドル回転数制御（ＩＳＣ）による空気流量（ｌ／ｓｅｃ）を学習するものであってもよい。この場合は、ＩＳＣ学習値が、ＩＳＣＶの開度ではなく、これと相関を有する空気流量であるＩＳＣ流量である場合には、ＱＧ，ＱＧＯおよびＤＱＧＮＧには流量の次元の値が直接代入される。

１０ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
２０ 冷却液通路部
２２ 冷却液通路部
２４ 冷却液通路部
２６ バイパス通路
３０ ウォータージャケット
３２ ウォータージャケット
３４ ラジエータ
３６ サーモスタット
３８ ウォーターポンプ
４０ サーモスタット
４２ 水温センサ
５２ ＩＳＣ制御部

Claims (2)

1. 冷却系とシリンダブロックウォータージャケットとの間の連通と遮断を切り替えるように開閉するサーモスタットの故障判定を行う装置であって、
   アイドリング中のエンジン回転数を目標エンジン回転数に一致させるようにアイドルスピードコントロールに係るバルブ開度を設定し、当該設定した開度又はこれと相関を有する値をＩＳＣ学習値として記憶するＩＳＣ学習手段と、
   今回のＩＳＣ学習値と前回のＩＳＣ学習値との差分が所定値以上大きい場合に、前記サーモスタットの開弁故障が生じていると判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン冷却装置の故障判定装置。
2. 前記判定手段が、
   今回のＩＳＣ学習値と前回のＩＳＣ学習値との差分が所定値以上大きい場合に、前回のＩＳＣ学習値を保持する第１判定手段と、
   前記第１判定手段で判定を行った後の次のトリップにおいて、前記第１判定手段で保持した前記ＩＳＣ学習値が、今回のＩＳＣ学習値に対して所定値以上大きい場合に、前記サーモスタットの開弁故障が生じていると判定する第２判定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却装置の故障判定装置。

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