JP6079759B2 - エンジン冷却システムの孔詰まり判定装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン冷却システムの孔詰まり判定装置の構造及びその方法に関する。

エンジンには、その温度を適切な運転温度に保持するための冷却装置が取り付けられている。冷却装置は、エンジン中で温度の上昇した冷媒をラジェータで冷却してエンジンに循環させることによりエンジンを冷却するものが多く用いられている。このような冷却装置では、エンジンの温度が低い冷間始動の際には冷媒の循環を行わず、エンジンの温度が所定の温度まで上昇したら冷媒を循環させる方法が用いられる。しかし、エンジンの冷間始動直後に冷媒がエンジン中を全く流れない場合には、エンジン内部に温度分布が発生してしまい、ひずみの原因等になる場合がある。このため、エンジン温度が低く、冷媒を循環させてエンジンの冷却を行わない場合でも、エンジン内部に微小流量の冷媒を流してエンジン内の温度に大きな不均一が発生しないよう、冷却システム中の弁体に微小な貫通孔を設けたり、冷媒が通流可能な切り欠きを設けたりすることが多い。

このような構成の冷却システムにおいて、孔や切り欠きに異物が詰まって冷媒が流れなくなると、エンジンに温度の不均一が発生し、ひずみの増大や寿命の低下を招く場合がある。このため、エンジン出口に設けた冷媒温度センサと、エンジンをバイパスするバイパス流路に設けた冷媒温度センサとによって各部の冷媒温度を検出し、その温度差に基づいて孔や切り欠きが詰まったことを推定、判定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開２０１３-１９０６１９号パンフレット

一方、冷却流路に冷媒が注入されていない場合や、冷媒注入直後で冷却流路内に空気が残っているような場合には冷却流路に冷媒が満たされないので冷媒ポンプによって冷媒を循環することができず、エンジン出口の冷媒温度の上昇度合いが孔や切り欠きが詰まった場合と同様となってしまい、孔或いは切り欠きが詰まったと誤判定してしまう場合があった。

そこで、本発明は、エンジン冷却システムにおける冷媒通流用孔の詰まりの誤判定を抑制することを目的とする。

本発明の孔詰まり判定装置は、エンジン内部を通過する第１冷却流路と、前記第１冷却流路から分岐して前記エンジンをバイパスする第２冷却流路と、前記第１、第２冷却流路に冷媒を循環させる冷媒ポンプと、前記第１冷却流路のエンジン出口と前記第２冷却流路とを接続する接続流路と、前記接続流路に配置され、前記接続流路を開閉すると共に、前記接続流路に冷媒を通流させる孔を備える切り替え弁と、前記エンジン出口の冷媒温度を検出する第１の温度センサと、を備えるエンジン冷却システムに用いられる孔詰まり判定装置であって、前記エンジンの冷間始動の際に、前記第１の温度センサによって検出したエンジン出口の冷媒温度上昇度合いに基づいて前記孔の孔詰まりの仮判定を行う仮判定手段と、前記仮判定手段において孔詰まりと判定された際に、冷媒ポンプの回転数を増加させ、冷媒ポンプの空転の有無を判断する空転判断手段と、前記空転判断手段によって冷媒ポンプの空転が無いと判断された場合に、前記孔の孔詰まり判定を確定させる孔詰まり確定ステップと、を有することを特徴とする。

本発明の孔詰まり判定装置であって、前記冷媒ポンプの空転判定手段は、冷媒ポンプの実回転数が目標回転数よりも大きく、且つ、差分が所定値以上の場合に前記冷媒ポンプが空転していると判断することとしても好適である。

本発明の孔詰まり判定方法は、エンジン内部を通過する第１冷却流路と、前記第１冷却流路から分岐して前記エンジンをバイパスする第２冷却流路と、前記第１、第２冷却流路に冷媒を循環させる冷媒ポンプと、前記第１冷却流路のエンジン出口と前記第２冷却流路とを接続する接続流路と、前記接続流路に配置され、前記接続流路を開閉すると共に、前記接続流路に微小量の冷媒を通流させる孔を備える切り替え弁と、前記エンジン出口の冷媒温度を検出する第１の温度センサと、を備えるエンジン冷却システムに用いられる孔詰まり方法であって、前記エンジンの冷間始動の際に、前記第１の温度センサによって検出したエンジン出口の冷媒温度上昇度合いに基づいて前記孔の孔詰まりの仮判定を行う仮判定ステップと、前記仮判定手段において孔詰まりと判定された際に、冷媒ポンプの回転数を増加させ、冷媒ポンプの空転の有無を判断する空転判断ステップと、前記空転判断手段によって冷媒ポンプの空転が無いと判断された場合に、孔の孔詰まり判定を確定させる孔詰まり確定ステップと、を有することを特徴とする。

本発明は、エンジン冷却システムにおける冷媒通流用孔の詰まりの誤判定を抑制することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における孔詰まり判定装置とエンジン冷却システムの構成を示す系統図である。 エンジンヘッド内の冷媒温度の分布を示す説明図である。 本発明の実施形態における孔詰まり判定装置の動作を示すフローチャートである。 エンジン出口冷媒温度Ｔ４の時間変化を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら本実施形態の孔詰まり判定装置７０について説明する。まず、図１を参照しながら本実施形態の孔詰まり判定装置７０が適用されるエンジン冷却システム１００について説明する。図１に示すように、エンジン冷却システム１００は、エンジン１０の内部を通過する第１冷却流路２０と、エンジン１０をバイパスする第２冷却流路３０と、第１、第２冷却流路２０，３０に冷媒を循環させる冷媒ポンプ１４とを備えている。

第１冷却流路２０には上流側から直列に、冷媒ポンプ１４と、内部に冷却流路が設けられて冷媒により冷却されるエンジン１０と、エンジン１０内部で温度が上昇した冷媒を冷却するラジェータ１１と、冷媒温度により第１冷却流路２０の冷媒の流れを開閉するサーモスタット１３と、が接続されている。第１冷却流路２０の冷媒ポンプ１４とエンジン１０との間の第１分岐点２２と、サーモスタット１３と冷媒ポンプ１４との間の第２分岐点２８との間は、エンジン１０をバイパスする第２冷却流路３０によって接続されている。第１冷却流路２０のエンジン出口管２４の第３分岐点２５と、第２冷却流路３０の第１分岐点２２と第２分岐点２８との間の第４分岐点３１と、の間は接続管４０によって接続され、接続管４０には接続管４０の冷媒の流れを開閉する切り替え弁５０が取り付けられている。切り替え弁５０は、電磁式アクチュエータで開閉動作するものである。図１では、電磁式アクチュエータ５１は模式的に示す。切り替え弁５０の弁体の中央には、弁が閉状態でも冷媒が内部を流通可能となるように孔（微小孔）５２が設けられている。図１では、切り替え弁５０をバイパスする管として孔（微小孔）５２を模式的に表す。なお、図１のサーモスタット１３、切り替え弁５０は、エンジン１０が冷間始動する際の状態を示しており、いずれも閉となっている。冷媒ポンプ１４はモータ１５で駆動される電動式であり、モータ１５の回転数を検出する回転数センサ１６が取り付けられている。また、第１冷却流路２０のエンジン出口管２４には、エンジン出口の冷媒温度を検出する温度センサ１７が取り付けられている。

孔詰まり判定装置７０は、内部にＣＰＵと記憶部とを含むコンピュータであり、温度センサ１７、回転数センサ１６が接続され、各センサの検出データは孔詰まり判定装置７０に入力される。また、冷媒ポンプ１４を駆動するモータ１５と切り替え弁５０の電磁式アクチュエータ５１とは、孔詰まり判定装置７０とは別にエンジン１０の動作全体を制御するＥＣＵ６０に接続されている。モータ１５の回転数指令或いはモータ駆動デューティ比の信号はＥＣＵ６０から孔詰まり判定装置７０に入力される。

図１に示す状態で、ＥＣＵ６０がエンジン１０を始動すると、ＥＣＵ６０は、同時に冷媒ポンプ１４を駆動するモータ１５を始動して冷媒ポンプ１４を始動する。この際、サーモスタット１３、切り替え弁５０はそれぞれ閉となっているので、冷媒は、図１の矢印に示すように、冷媒ポンプ１４→吐出管２１→第１分岐点２２→エンジン入口管２３→エンジン１０→エンジン出口管２４→第３分岐点２５→孔（微小孔）５２→第４分岐点３１→第２分岐点２８→冷媒ポンプ１４と循環すると共に、エンジン１０をバイパスして、冷媒ポンプ１４→第１分岐点２２→第２分岐点２８→冷媒ポンプ１４、と循環する。

ここで、図２を参照しながら、図１に示す孔（微小孔）５２に冷媒が流れている場合と微小孔５２が詰まって冷媒が流れていない場合のエンジン内部の冷媒温度の変化を説明する。微小孔５２に冷媒が流れる場合、冷媒は図２に示すエンジン入口管２３からエンジンブロックの内部に流入し、図２（ｂ）に示すエンジンヘッドに通流し、エンジンヘッドに接続されているエンジン出口管２４から外部に流出する。図２（ａ）の破線ｂに示すように、冷媒はエンジン１０の内部に流入するとエンジン１０の熱で温度が上昇し、そのまま、下流に向かってゆっくりと温度が上昇していく。そして、エンジン出口管２４に設けられた温度センサ１７の位置では温度Ｔ１に達する。一方、孔（微小孔）５２が詰まっていてエンジン１０の内部を冷媒が通流しない場合には、図２（ａ）に示す実線ａに示すように、エンジン１０の内部に滞留している冷媒は、エンジン１０の熱によって温度が上昇するが、エンジン１０の熱があまり伝わらないエンジン出口管２４の近傍に滞留している冷媒の温度はあまり上昇せず、その温度は、図２（ａ）に示すように、温度Ｔ１より低い温度Ｔ０にとどまっている。つまり、エンジン冷間始動後のエンジン出口管２４における冷媒の温度は、エンジン１０の内部を冷媒が通流していない場合（孔（微小孔）５２が詰まった場合）の方がエンジン１０の内部を冷媒が通流している場合（孔（微小孔）５２が詰まっていない場合）よりも低くなる。本実施形態の孔詰まり判定装置７０は、上記の原理により孔（微小孔）５２の詰まりの仮判定を行う。

以下、図３を参照しながら、本実施形態の孔詰まり判定装置７０の動作について説明する。図３のステップＳ１０１に示すように、ＥＣＵ６０がエンジン１０を冷間始動すると、冷媒ポンプ１４のモータ１５も始動され、冷媒ポンプ１４が始動する。先に、図１を参照して説明したように、エンジン冷間始動の場合、サーモスタット１３、切り替え弁５０は閉となっているので、冷媒は、図１の矢印に示すように、冷媒ポンプ１４→吐出管２１→第１分岐点２２→エンジン入口管２３→エンジン１０→エンジン出口管２４→第３分岐点２５→孔（微小孔）５２→第４分岐点３１→第２分岐点２８→冷媒ポンプ１４と循環すると共に、エンジン１０をバイパスして、冷媒ポンプ１４→第１分岐点２２→第２分岐点２８→冷媒ポンプ１４と循環する。

図３のステップＳ１０２に示すように、孔詰まり判定装置７０は、エンジン１０を始動したら、温度センサ１７によってエンジン出口管２４中の初期冷媒温度Ｔ４０を検出する。次に、孔詰まり判定装置７０は、図３のステップＳ１０３に示すように、所定の時間が経過するまで待機する。所定の時間は、孔（微小孔）５２が詰まっていない場合にエンジン出口冷媒温度Ｔ４が所定の温度まで上昇するのに必要な時間であって、例えば、３分或いは５分程度であってもよい。

図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１にエンジン１０が冷間始動した後、孔（微小孔）５２が詰まっておらず、エンジン１０の内部及びエンジン出口管２４に冷媒が流れている場合には、図４（ｂ）の破線ｃに示すように、エンジン出口冷媒温度Ｔ４は、時刻ｔ２に初期温度Ｔ４０から上昇を開始し、所定の時間が経過した時刻ｔ４には温度Ｔ４１まで上昇する。一方、孔（微小孔）５２が詰まっており、エンジン１０の内部やエンジン出口管２４の内部に冷媒が流れていない場合には、図４（ｂ）の実線ｄに示すように、エンジン出口冷媒温度Ｔ４は、時刻ｔ３まで初期温度Ｔ４０であり、時刻ｔ３になると温度センサの検出温度が上昇し始める。そして、所定の時刻ｔ４には、温度Ｔ４２まで上昇する。しかし、この温度Ｔ４２は孔（微小孔）５２が詰まっていない場合のエンジン出口冷媒温度Ｔ４１よりも低い温度である。また、図４（ｂ）の実線ｅに示すように、第１冷却流路２０の中に冷媒が入っていない場合や冷媒注入直後の場合には、モータ１５を駆動しても冷媒ポンプ１４が空転してしまい、第１、第２冷却流路に冷媒が流れない。このため、エンジン出口冷媒温度Ｔ４は、孔（微小孔）５２が詰まって冷媒が通流しない場合と同様、温度上昇が遅れる。つまり、孔（微小孔）５２が詰まっている場合と冷媒ポンプ１４が空転している場合とでは、図４（ｂ）の実線ｄ，ｅに示す様に、エンジン出口冷媒温度Ｔ４の時間に対する温度上昇度合いは略同等となる。

孔詰まり判定装置７０は、図３のステップＳ１０４に示すように、所定時間経過後の時刻ｔ４に再度エンジン出口冷媒温度Ｔ４を検出し、図３のステップＳ１０５に示すように、初期温度Ｔ４０と所定時刻ｔ４におけるエンジン出口冷媒温度Ｔ４との温度差ΔＴ４＝（Ｔ４−Ｔ４０）を計算する。そして、孔詰まり判定装置７０は、この温度差ΔＴ４が所定の閾値ΔＴＳ以上である場合（ΔＴ４がΔＴＳ未満ではない場合）には、図３のステップＳ１０６でＮＯと判断し、図３ステップＳ１１３に示すように、孔（微小孔）５２は詰まっていないと判断し（正常判断）、プログラムの実行を終了する。

一方、孔詰まり判定装置７０は、図３のステップＳ１０６において、温度差ΔＴ４が所定の閾値ΔＴＳ未満の場合には、図３のステップＳ１０６でＹＥＳと判断し、図３のステップＳ１０７に進む。先に説明したように、孔（微小孔）５２が詰まっている場合と冷媒ポンプ１４が空転している場合とでは、エンジン出口冷媒温度Ｔ４の時間に対する温度上昇度合いは略同等なので、この段階では、エンジン出口冷媒温度Ｔ４の上昇が遅れているものの、図４（ｂ）に示す実線ｄのように実際に孔（微小孔）５２が詰まっている場合なのか、図４（ｂ）の実線ｅに示すように、冷媒ポンプ１４が空転して冷媒が孔（微小孔）５２を通流していないのかの判定ができない。このため、孔詰まり判定装置７０は、孔（微小孔）５２が詰まっているとの仮判定を行い、図３のステップＳ１０８に進む。

孔詰まり判定装置７０は、図３のステップＳ１０８に示すように、冷媒ポンプ１４が空転しているかどうかを確認したことがあるかどうかを確認する。そして、孔詰まり判定装置７０は、一度冷媒ポンプ１４の空転有無の確認をしている場合には、図３のステップＳ１１０に進み、冷媒ポンプ１４の空転が無かった場合には、第１、第２冷却流路２０は冷媒で満たされており、エンジン出口冷媒温度Ｔ４の上昇が遅れたのは、切り替え弁５０の孔（微小孔）５２が詰まったことが原因であると判断し、図３のステップＳ１１１に示すように孔詰まり判定、つまり、異常判定を確定し、ダイアグ等に故障表示を行う。一方、図３のステップＳ１０８で冷媒ポンプ１４の空転有無確認履歴が無いと判断した場合、孔詰まり判定装置７０は、図３のステップＳ１０９に示す冷媒ポンプ空転有無確認処理を実行する。孔詰まり判定装置７０は、図１に示すＥＣＵに冷媒ポンプ１４のモータ１５の駆動デューティ、あるいは、回転数指令値（目標回転数）を増加する信号を出力すると共に、ＥＣＵ１６から増加させたモータ１５の駆動デューティ、あるいは、回転数指令値（目標回転数）を取得する。また、孔詰まり判定装置７０は、回転数センサ１６によってモータ１５の実回転数を取得する。そして、両者を比較し、モータ１５の実回転数が回転数指令値（目標回転数）よりも大きく、その差分が所定の閾値ΔＲＳを超えている場合には、冷媒ポンプ１４は空転していると判断する。また、モータ１５の実回転数が回転数指令値（目標回転数）との差分が所定の閾値ΔＲＳを超えていない場合には、冷媒ポンプ１４は空転していないと判断する。そして、孔詰まり判定装置７０は、図３のステップＳ１１０で冷媒ポンプが空転していない場合には、図３のステップＳ１１１でＹＥＳと判断して図３のステップＳ１１１に進んで孔詰まり判定を確定し（異常確定し）、ダイアグ等に故障表示を行う。一方、冷媒ポンプ１４が空転している場合には、図３のステップＳ１１０でＮＯと判断して図３のステップＳ１１２に進み、図３のステップＳ１０７で判定し孔詰まり仮判定を解除し、ダイアグには故障表示を行わない。

以上説明したように、本実施形態の孔詰まり判定装置７０は、エンジン出口冷媒温度Ｔ４の上昇度合いにより孔５２の詰まり判定を行う際に、エンジン出口冷媒温度Ｔ４の上昇遅れの原因が冷媒ポンプ１４の空転によるものかどうかを確認してから孔詰まりの異常判定を確定させるようにしているので、孔詰まりの誤判定を抑制することができ、孔詰まり判定の信頼性を向上させることができる。

以上説明した実施形態では、所定時刻ｔ４におけるエンジン出口冷媒温度Ｔ４との温度差ΔＴ４が所定の閾値ΔＴＳ以上であるかどうかによって孔（微小孔）５２の詰まり判定を行うようにしたが、例えば、所定時間当たりの温度上昇率＝（ΔＴ４／（ｔ４-０））と所定の温度上昇率とを比較して微小孔５２の詰まり判定を行うようにしてもよい。

１０ エンジン、１１ ラジェータ、１３ サーモスタット、１４ 冷媒ポンプ、１５ モータ、１６ 回転数センサ、１７ 温度センサ、２０ 第１冷却流路、２１ 吐出管、２２，２５，２８，３１ 分岐点、２３ エンジン入口管、２４ エンジン出口管、３０ 第２冷却流路、４０ 接続管、５０ 切り替え弁、５１ 電磁式アクチュエータ、５２ 孔（微小孔）、７０ 孔詰まり判定装置、１００ エンジン冷却システム。

Claims (3)

1. エンジン内部を通過する第１冷却流路と、
   前記第１冷却流路から分岐して前記エンジンをバイパスする第２冷却流路と、
   前記第１、第２冷却流路に冷媒を循環させる冷媒ポンプと、
   前記第１冷却流路のエンジン出口と前記第２冷却流路とを接続する接続流路と、
   前記接続流路に配置され、前記接続流路を開閉すると共に、前記接続流路に冷媒を通流させる孔を備える切り替え弁と、
   前記エンジン出口の冷媒温度を検出する第１の温度センサと、を備えるエンジン冷却システムに用いられる孔詰まり判定装置であって、
   前記エンジンの冷間始動の際に、前記第１の温度センサによって検出したエンジン出口の冷媒温度上昇度合いに基づいて前記孔の孔詰まりの仮判定を行う仮判定手段と、
   前記仮判定手段において孔詰まりと判定された際に、冷媒ポンプの回転数を増加させるよう指令し、冷媒ポンプの空転の有無を判断する空転判断手段と、
   前記空転判断手段によって冷媒ポンプの空転が無いと判断された場合に、前記孔の孔詰まり判定を確定させる孔詰まり確定ステップと、
   を有する孔詰まり判定装置。
2. 請求項１に記載の孔詰まり判定装置であって、
   前記冷媒ポンプの空転判定手段は、冷媒ポンプの実回転数が目標回転数よりも大きく、且つ、差分が所定値以上の場合に前記冷媒ポンプが空転していると判断する孔詰まり判定装置。
3. エンジン内部を通過する第１冷却流路と、
   前記第１冷却流路から分岐して前記エンジンをバイパスする第２冷却流路と、
   前記第１、第２冷却流路に冷媒を循環させる冷媒ポンプと、
   前記第１冷却流路のエンジン出口と前記第２冷却流路とを接続する接続流路と、
   前記接続流路に配置され、前記接続流路を開閉すると共に、前記接続流路に微小量の冷媒を通流させる孔を備える切り替え弁と、
   前記エンジン出口の冷媒温度を検出する第１の温度センサと、を備えるエンジン冷却システムに用いられる孔詰まり方法であって、
   前記エンジンの冷間始動の際に、前記第１の温度センサによって検出したエンジン出口の冷媒温度上昇度合いに基づいて前記孔の孔詰まりの仮判定を行う仮判定ステップと、
   前記仮判定ステップにおいて孔詰まりと判定された際に、冷媒ポンプの回転数を増加させるよう指令し、冷媒ポンプの空転の有無を判断する空転判断ステップと、
   前記空転判断ステップによって冷媒ポンプの空転が無いと判断された場合に、前記孔の孔詰まり判定を確定させる孔詰まり確定ステップと、を有する孔詰まり判定方法。

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