Warning: copy(.htaccess): failed to open stream: Permission denied in /home/jp321/public_html/header.php on line 8
サーモスタットの故障診断方法及びエンジンの冷却装置 - 日産自動車株式会社
米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 機械工学 -> 日産自動車株式会社

発明の名称 サーモスタットの故障診断方法及びエンジンの冷却装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−9846(P2007−9846A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−194010(P2005−194010)
出願日 平成17年7月1日(2005.7.1)
代理人 【識別番号】100075513
【弁理士】
【氏名又は名称】後藤 政喜
発明者 小林 秀明 / 今野 正希
要約 課題
サーモスタットの開固着故障を診断する方法及びエンジンの冷却装置を提供する。

解決手段
エンジン2とラジエータ3との間のエンジン冷却水の出入を制御するサーモスタット5の閉弁状態において、前記冷却水の温度を推定し(S12)、推定した冷却水温度と所定温度とを比較し(S13)、推定した冷却水温度が所定温度以上の場合に、実際の冷却水温度を検出し、検出した実際の冷却水温度と前記所定温度と比較し(S15)、実際の冷却水温度が前記所定温度未満の場合に、前記サーモスタットが故障であると判断する(S17)ことを特徴とするサーモスタットの故障診断方法である。
特許請求の範囲
【請求項1】
エンジンとラジエータとの間のエンジン冷却水の出入を制御するサーモスタットの閉弁状態において、
前記冷却水の温度を推定し、
推定した冷却水温度と所定温度とを比較し、
推定した冷却水温度が所定温度以上の場合に、実際の冷却水温度を検出し、
検出した実際の冷却水温度と前記所定温度と比較し、
実際の冷却水温度が前記所定温度未満の場合に、前記サーモスタットが故障であると判断することを特徴とするサーモスタットの故障診断方法。
【請求項2】
前記所定温度は、前記サーモスタットが前記エンジンと前記ラジエータとの間のエンジン冷却水の出入を禁止する温度以下であることを特徴とする請求項1に記載のサーモスタットの故障診断方法。
【請求項3】
推定した冷却水温度が前記所定温度に達した後、所定時間経過後に実際の冷却水温度を検出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の故障診断方法。
【請求項4】
エンジンのシリンダブロック内を冷却水が流通する冷却水ジャケットと、
冷却水ジャケットから流出した冷却水が、再び冷却水ジャケットに流入するための循環流路と、
この循環流路途中に設けられ、冷却水の熱を放熱するラジエータと、
このラジエータを冷却水がバイパスするバイパス流路と、
冷却水の温度に応じて前記循環流路と前記ラジエータとの間の冷却水の出入を制御して、冷却水を前記バイパス流路に流入させるサーモスタットと、
前記循環流路から分岐して前記循環流路と並列に設けられたヒータ流路と、
このヒータ流路に設けられ、客室内を加熱するヒータと、
前記冷却水ジャケット内の冷却水温度を検出する温度検出手段と、
を備えたエンジンの冷却装置において、
前記エンジンの発熱量と、前記シリンダブロックの放熱量と、前記ラジエータの放熱量および前記ヒータの吸熱量をそれぞれ演算し、これらの演算結果から冷却水の温度を推定するコントローラを備え、
このコントローラは、前記サーモスタットが閉じて前記循環流路と前記ラジエータとの間の冷却水の出入を禁止する温度範囲で、推定した冷却水温度が所定温度以上の場合に、前記温度検出手段により冷却水温度を検出し、検出した実際の冷却水温度が所定温度未満の場合に、前記サーモスタットが故障であると判定することを特徴とするエンジンの冷却装置。
【請求項5】
前記所定温度は、前記サーモスタットが前記循環流路と前記ラジエータとの間の冷却水の出入を禁止する温度未満であることを特徴とする請求項4に記載のエンジンの冷却装置。
【請求項6】
前記コントローラは、冷却水温度が前記所定温度に達した後、所定時間経過後に前記温度検出手段により冷却水温度を検出することを特徴とする請求項4に記載のエンジンの冷却装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、サーモスタット、特にエンジンの冷却系に備えられたサーモスタットの故障診断方法及びエンジンの冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のサーモスタットの故障診断方法として、ラジエータからの放熱量とエンジンから冷却水への受熱量との割合である熱量比を用いて診断する方法がある(特許文献1参照)。
【0003】
この方法について説明すると、エンジンの冷却水の予測温度がサーモスタットの設定開弁温度付近まで上昇したときに、算出された熱量比が判定しきい値より大きい場合にラジエータからの放熱量が大きすぎてサーモスタットが閉弁すべき状態にもかかわらず開弁したままの開弁故障であると判定する。
【特許文献1】特開2001−73773号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら従来技術では、算出した熱量比をしきい値と比較してサーモスタットの故障を判定するため、サーモスタットの故障を直接的に判定することができない。
【0005】
したがって、本発明の目的は、前述の課題を解決するサーモスタットの故障判定方法及びエンジンの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】
【0006】
本発明は、エンジンとラジエータとの間のエンジン冷却水の出入を制御するサーモスタットの閉弁状態において、前記冷却水の温度を推定し、推定した冷却水温度と所定温度とを比較し、推定した冷却水温度が所定温度以上の場合に、実際の冷却水温度を検出し、検出した実際の冷却水温度と前記所定温度と比較し、実際の冷却水温度が前記所定温度未満の場合に、前記サーモスタットが故障であると判断することを特徴とするサーモスタットの故障診断方法である。
【0007】
また、本発明は、エンジンのシリンダブロック内を冷却水が流通する冷却水ジャケットと、冷却水ジャケットから流出した冷却水が、再び冷却水ジャケットに流入するための循環流路と、この循環流路途中に設けられ、冷却水の熱を放熱するラジエータと、このラジエータを冷却水がバイパスするバイパス流路と、冷却水の温度に応じて前記循環流路と前記ラジエータとの間の冷却水の出入を制御して、冷却水を前記バイパス流路に流入させるサーモスタットと、前記循環流路から分岐して前記循環流路と並列に設けられたヒータ流路と、このヒータ流路に設けられ、客室内を加熱するヒータと、前記冷却水ジャケット内の冷却水温度を検出する温度検出手段と、を備えたエンジンの冷却装置において、前記エンジンの発熱量と、前記シリンダブロックの放熱量と、前記ラジエータの放熱量および前記ヒータの吸熱量をそれぞれ演算し、これらの演算結果から冷却水の温度を推定するコントローラを備え、このコントローラは、前記サーモスタットが閉じて前記循環流路と前記ラジエータとの間の冷却水の出入を禁止する温度範囲で、推定した冷却水温度が所定温度以上の場合に、前記温度検出手段により冷却水温度を検出し、検出した実際の冷却水温度が所定温度未満の場合に、前記サーモスタットが故障であると判定することを特徴とするエンジンの冷却装置。
【発明の効果】
【0008】
本発明では、まずサーモスタットが閉じた状態でのエンジン内の冷却水の温度を推定し、推定した冷却水温度が所定温度に達したときに、エンジン内の冷却水温度を直接測定して、実際の冷却水温度と所定温度とを比較し、所定温度未満の場合にサーモスタットが故障であると診断するため、サーモスタットの故障診断を冷却水温度から直接的に診断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
図1は、第1の実施形態のエンジン冷却水の循環流路を説明する構成図である。
【0010】
1は、エンジン2を冷却する冷却水の循環流路であり、循環流路1は、エンジン2のシリンダブロック2bを冷却する冷却水が流通する冷却水ジャケット2a、シリンダを冷却した冷却水を走行風で冷却するラジエータ3及びシリンダで加熱した冷却水の熱を用いて客室内を加熱するヒータ4を連通する。
【0011】
循環流路1は、エンジン2を冷却した冷却水がラジエータ3で放熱されてエンジン2に戻る冷却水循環流路1aと、この冷却水循環流路1aから分岐して冷却水循環流路1aと並列に構成されるヒータ流路1bとから構成される。冷却水循環流路1aには、さらにラジエータ3をバイパスするバイパス流路1dが設けられる。
【0012】
ラジエータ3と冷却水ジャケット2aとの間の冷却水循環流路1aには、サーモスタット5が設置され、冷却水が所定温度に達するまでラジエータ3へ冷却水が流入することを禁止し、冷却水はバイパス流路1cを流通する。
【0013】
ラジエータ入口にはラジエータ3に流入する冷却水の流量を検出する第1流量計6と、その温度を検出する第1温度センサ7が設置される。これらセンサ6、7の出力はコントローラ8に出力される。冷却水ジャケット2aには、ジャケット内の冷却水の流量を検出する第2流量計9とジャケット内の冷却水の温度を検出する第2温度センサ10が設置され、コントローラ8に出力信号を送信する。同様に、ヒータ入口にはヒータ4に流入する冷却水の流量を検出する第3流量計11と冷却水の温度を検出する第3温度センサ12が設置される。これらセンサ11、12の出力はコントローラ8に出力される。
【0014】
これら第1〜第3流量計6、9、11と第1〜第3温度センサ7、10、12の出力が入力されるコントローラ8には、さらにエンジン2の回転速度と、燃料噴射弁から噴射される燃料量を制御する燃料噴射パルス幅と、図示しない点火プラグの点火時期と、吸気温度が入力される。
【0015】
このように構成されて、冷却水温度がサーモスタット5の閉じる所定温度以下の場合には、冷却水はバイパス流路1cを流通してエンジン2の発熱量による冷却水の加熱が促進されてエンジンの暖機時間が短縮される。所定温度を越えた場合にはサーモスタット5が開き、冷却水はラジエータ3に供給され、冷却水の温度が所定温度範囲に維持される。
【0016】
一方、冷却水流路1から分岐してヒータ流路1bを流通する冷却水は、ヒータ4に供給される。エンジン2で加熱された冷却水の熱がヒータ4に吸熱されて空気を加熱し、加熱された空気が車室内に送られ、車室内の暖房に使用される。
【0017】
図2は、本実施形態のサーモスタット5の故障診断方法を説明するフローチャートである。この故障診断は、コントローラ8で所定間隔で実施され、サーモスタット5が開いた状態で閉じなくなった開固着故障を診断するものであり、故障診断は、サーモスタット5が正常であれば閉状態にある冷却水の温度範囲で実施される。
【0018】
まず、エンジン2の発熱量Qと、シリンダブロック2bからの放熱量Q1と、ヒータ4による吸熱量Q2およびラジエータ3による放熱量Q3とを算出する。
【0019】
ステップS1でエンジン2の回転速度と燃料噴射パルス幅を読み込み、ステップS2で図3に示すような予め記憶したマップからエンジン2の発熱量マップ値qを算出する。発熱量マップ値qは、予め実験等により算出して記憶しておく。
【0020】
ステップS3では、点火時期を読み込み、読み込んだ点火時期から点火時期補正係数Kaを設定し、ステップS4で、エンジン発熱量Qを次式から算出する。
【0021】
【数1】


【0022】
一方、ステップS5では、冷却水ジャケット2a内の冷却水温度T1と冷却水流量W1と吸気温度TANを読み込む。続くステップS6では、シリンダブロック放熱量Q1を算出する。シリンダブロック放熱量Q1は、次式から算出できる
【0023】
【数2】


【0024】
ここで、W1:冷却水流量、C1:シリンダブロック2bの比熱、T1:冷却水温度、TAN:吸気温度である。
【0025】
また、ステップS7でヒータ4に流入する冷却水流量W2と温度T2とを第3流量計11、第3温度センサ12の出力から読み込み、ステップS8で、冷却水流量W2及び温度T2、さらにヒータ4表面と大気の間の熱貫流率K2及びヒータ4内の冷却水流路長L2から下式によりヒータ4の吸熱量Q2を算出する。
【0026】
【数3】


【0027】
一方、ステップS9でラジエータ5に流入する冷却水流量W3と温度T3とを第1流量計6、第1温度センサ7の出力から読み取り、ステップS10で、読み取った冷却水流量W3及び温度T3、さらにラジエータ5の外面を構成する材料の熱貫流率K3及びラジエータ5内の冷却水流路長L3からラジエータ5の放熱量Q3を下式より算出する。
【0028】
【数4】


【0029】
このようにして、エンジン2の発熱量Q、シリンダブロック放熱量Q1、ヒータ吸熱量Q2およびラジエータ放熱量Q3を算出し、ステップS11に進む。
【0030】
ステップS11では、算出した値Q、Q1〜Q3に基づきエンジン2の冷却水の上昇温度ΔTを下式より算出する。
【0031】
【数5】


【0032】
続くステップS12において、ステップS11で算出した上昇温度ΔTを冷却水温度の前回値Tzに加算して冷却水温度の推定値Tとする。
【0033】
ステップS13では、算出した冷却水温度の推定値Tと所定温度Tcとを比較する。ここで所定温度はTcは、サーモスタット5が冷却水をラジエータ4へ流入させるように開く温度未満に設定する。推定値Tが所定温度Tc以上であればステップS14に進み、所定温度Tcに達していなければ判定を繰り返す。
【0034】
ステップS14では、ステップS13の条件が成立してからの経過時間Dが所定の時間Dc以上経過したかどうかを比較する。ステップS13の条件が成立後所定の時間、経過させることで冷却水温度の上昇を促進する。所定時間Dc経過した場合にはステップS15に進み、経過していない場合には判定を繰り返す。なお、所定時間Dcは1分以下を目安とする。
【0035】
ステップS15では、第2温度センサ10から冷却水ジャケット2a内の実際の冷却水温度Trを読み込み、所定温度Tcと比較する。冷却水温度Trが所定温度Tc以上であれば、サーモスタット5が閉じており、通常の冷却水の昇温状態にあり、ステップS16で、サーモスタット5は正常であると判定して制御を終える。
【0036】
一方、ステップS15で冷却水温度Trが所定温度Tc未満であれば、サーモスタット5が閉状態であるべきところ開状態で固着している開弁固着故障状態あり、冷却水がラジエータ3に流入し、冷却水が十分加熱されていない状態である。この場合には、ステップS17に進み、サーモスタット5がと判定し、ステップS18でサーモスタット5の故障を警報装置13を用いて運転者等に告知する。
【0037】
図4は、本実施形態のサーモスタット5の故障診断を時系列で示すタイミングチャートである。
【0038】
エンジン2の起動に伴い発熱が生じ、冷却水温度はサーモスタット5が閉じた状態にあるべき温度から、推定温度T、実際の温度Trとも上昇を開始する。そして、時刻t1で推定温度Tが所定温度Tcに達するとサーモスタット5の故障診断条件が成立し(ステップS13)、診断条件成立後、所定時間Dcが経過するまで冷却水を加熱する(ステップS14)。
【0039】
そして所定時間Dcが経過した時刻t2で第2温度センサ10を用い、冷却水の実際の温度Trを検出する。そして破線で示すように時刻t2での実際の冷却水温度Trが所定温度Tc以上であれば、サーモスタット5は閉じており、正常であると判定する。一方、一点鎖線で示すように所定温度Tcに達していない場合には、サーモスタット5が故障して開いているため、冷却水がラジエータ3に流入して、冷却水の熱が放熱されて、十分に冷却水が加熱されていないと診断される。
【0040】
したがって、本実施形態では、まずサーモスタット5が正常に閉じた状態でのエンジン2内の冷却水の温度Tを推定し、推定した冷却水温度Tが所定温度Tcに達したときに、エンジン2内の冷却水温度を直接測定して、実際の冷却水温度Trと所定温度Tcとを比較することで、サーモスタット5が開いた状態で固着して閉じなくなる、開固着故障を冷却水温度から直接的に診断することができる。
【0041】
また、故障診断開始のトリガーとして、冷却水温度を推定し、推定した冷却水温度Tが所定温度Tc以上になった時に診断を開始するため、サーモスタット5の誤診断を防止することができる。
【0042】
図5は第2の実施形態の構成を示す構成図である。この実施形態は、第1の実施形態に対して、各部の流量の検出をマップを用いて算出するようにした点および冷却水温度を冷却水ジャケット2aの検出温度で代表するようにした点で異なる。なお、特に記載がない構成については、第1の実施形態と同様である。
【0043】
図5において、第1の実施形態の構成に対して、冷却水ジャケット2b内の冷却水温度T1を検出する第2温度センサ10のみを設け、他の温度センサ及び流量計は用いない。各部の温度については、第2の温度センサ10で検出した冷却水温度T1を、ラジエータ3及びヒータ4に流入する冷却水温度として代用する。また、各部の冷却水流量については、図6に示すようなマップからエンジン回転速度との関係に基づいて算出する。このマップに示すように、冷却水流量は、
冷却水ジャケット2a内の冷却水流量W1>ラジエータ3の冷却水流量W3>ヒータ4の冷却水流量W2
の関係に設定されている。
【0044】
このように構成されて、図7は、本実施形態のサーモスタット5の故障診断方法を説明するフローチャートである。この故障診断は、コントローラ8で所定間隔で実施され、サーモスタット5の開固着故障を診断するものであり、故障診断は、サーモスタット5が正常であれば閉状態にある作動状態で実施される。
【0045】
第1の実施形態のフローチャートとの比較において、異なるステップのみを以下に説明し、特に記載がないステップについては第1の実施形態のフローチャートと同様である。
【0046】
本実施形態の特徴は、前述の通り冷却水流量と冷却水温度の設定方法であり、第1の実施形態のフローチャートのステップS5、S7、S9がそれぞれステップS21〜S23に変更される。
【0047】
まず、ステップS21〜S23の上流ステップS20では、エンジン回転速度、冷却水ジャケットの冷却水温度T1及び吸気温度TANが読み込まれる。ステップS21では、エンジン回転速度から図6のマップを用いて冷却水ジャケット2a内の冷却水流量W1を算出し、ステップS22では同様にヒータ4に流入する冷却水流量W2が算出され、ステップS23ではラジエータ3に流入する冷却水流量W3が算出される。
【0048】
それぞれ算出された冷却水流量W1〜W3及び冷却水温度T1は、それぞれステップS6、S8、S10において各部の熱量Q1〜Q3の算出に用いられる。
【0049】
したがって、第2の実施形態では、1つの温度センサ10と冷却水流量算出のためのマップを設けるのみで、第1の実施形態と同様の作用と効果を奏することができるとともに、センサ等の費用を低減することができる。
【0050】
なお、冷却水流路に電制ポンプを設けた場合には、電制ポンプによりエンジンの稼動状態に係わらず冷却水を循環させることができる。したがって、例えばヒータ4に流入する冷却水流量をエンジンの回転速度に基づいて演算により算出するような場合には、電制ポンプによる冷却水の流入を考慮しないと正確に算出することができない。したがって、電制ポンプを備えた場合には、エンジン回転速度と電制ポンプの駆動状態に応じて冷却水流量を算出する。
【0051】
また、エンジンの冷却水流路として、エンジンのシリンダブロックを冷却する流路とシリンダヘッドを冷却する流路との2つの冷却水流路をそれぞれ独立して構成する場合には、それぞれの冷却水流路にそれぞれサーモスタットと温度センサとを設置する。このような構成では、シリンダブロックの温度とシリンダヘッドの温度とが著しく異なる場合があるため、それぞれの冷却水流路でサーモスタットの故障判断を行うことが望ましい。
【0052】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【0053】
【図1】エンジン冷却水の循環流路を説明する構成図である。
【図2】サーモスタット5の故障診断方法を説明するフローチャートである。
【図3】シリンダの発熱量マップ値qを算出するマップである。
【図4】サーモスタットの故障診断を時系列で示すタイミングチャートである。
【図5】エンジン冷却水の循環流路を説明する第2の実施形態の構成図である。
【図6】冷却水流量を算出するマップである。
【図7】サーモスタット5の故障診断方法を説明する第2の実施形態のフローチャートである。
【符号の説明】
【0054】
1a 循環流路
1b ヒータ流路
1c バイパス流路
2 エンジン
2a 冷却水ジャケット
2b シリンダブロック
3 ラジエータ
4 ヒータ
5 サーモスタット
6 第1流量計
7 第1温度センサ
8 コントローラ
9 第2流量計
10 第2温度センサ
11 第3流量計
12 第3温度センサ




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013