(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの負荷を検出する手段と、
計測区間において検出されるエンジンの負荷を積算してエンジンの発熱量を算出する手段と、
前記エンジンの発熱量が基準値以上となった時を前記計測区間の終了時と判定する手段と、
冷却液温度を検出する冷却液温センサと、
前記計測区間における冷却液温度の上昇値を算出する手段と、
前記計測区間における冷却液温度の上昇値が所定値より小さくなる液温収束時を判定する手段と、
前記液温収束時における冷却液温度が判定値より低い場合に冷却系に異常が生じたものと診断する手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン冷却系の異常診断装置。
【請求項２】
前記基準値を車速または吸気温度に応じて補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジン冷却系の異常診断装置。
【請求項３】
前記判定値を車速または吸気温度に応じて補正することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン冷却系の異常診断装置。
【請求項４】
前記エンジンの発熱量を車速、点火時期、混合比、エンジン回転数の少なくとも一つに応じて補正することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン冷却系の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン冷却系の異常を診断する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン冷却系に起こる異常として、例えば冷却水温センサの故障や、あるいはサーモスタットバルブの故障がある。サーモスタットバルブに洩れがあったり開弁したままとなって閉弁できなくなる開故障を起こすと、暖機時に冷却水がラジエータを循環してエンジンの暖機が遅れる。
【０００３】
図９はエンジンの始動後に車両の発進と停止が繰り返される所定のＦＴＰテストモードで運転されるときに冷却水温度が変化する様子を測定した結果を、サーモスタットバルブが開故障した場合（Ｏｐｅｎ  Ｓｔｕｃｋ）と、サーモスタットバルブの洩れ量が６リットル／分と大きい場合（Ｌａｒｇｅ  Ｌｅａｋ）と、サーモスタットバルブの洩れ量が３リットル／分と小さい場合（Ｓｍａｌｌ  Ｌｅａｋ）のそれぞれの状況について示している。これから、サーモスタットバルブの洩れ量が大きくなるほど冷却水の温度上昇が遅くなり、サーモスタットバルブが開故障した場合は冷却水温度が適正値（７０°Ｃ）に到達しないことがわかる。
【０００４】
従来、この種のエンジン冷却系の異常を診断する装置として、例えば特開平４−１８７８５４号公報、特開平７−３４９４３号公報に開示されているように、設定された暖機運転時間後に達する冷却水温度ＴＷと基準値を比較して、冷却水温度ＴＷが判定値に達しない場合にエンジン冷却系に異常が生じているものと診断するものがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のエンジン冷却系の異常診断装置にあっては、例えばサーモスタットバルブに洩れ等の異常があったとしても、暖機中にエンジンが高負荷で運転される場合は冷却水温度ＴＷが急速に上昇するので、この異常を診断できない。また、サーモスタットバルブが正常に作動していても、暖機中にエンジンがアイドル運転されるような場合は冷却水温度ＴＷの上昇が遅くなるので、サーモスタットバルブに異常を来しているものと誤って診断する可能性があった。
【０００６】
また、実開昭５５−１３５９８３号公報に開示されたエンジン冷却系の異常診断装置にあっては、複数の冷却水温センサを設けて、サーモスタットバルブの洩れを検出するようになっている。
【０００７】
さらに、特開昭５８−８２２５号公報に開示されたエンジン冷却系の異常診断装置にあっては、サーモスタットバルブに可動接点を設けて、開固着や閉固着を検出するようになっている。
【０００８】
しかしながら、このような従来のエンジン冷却系の異常診断装置にあっては、センサ類を設ける必要があるため、製品のコストアップを招くという問題点が考えられる。
【０００９】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、エンジン冷却系の異常診断装置において、診断精度を高めることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のエンジン冷却系の異常診断装置は、エンジンの負荷を検出する手段と、計測区間において検出されるエンジンの負荷を積算してエンジンの発熱量を算出する手段と、エンジンの発熱量が基準値以上となった時を前記計測区間の終了時と判定する手段と、冷却液温度を検出する冷却液温センサと、計測区間における冷却液温度の上昇値を算出する手段と、計測区間における冷却液温度の上昇値が所定値より小さくなる液温収束時を判定する手段と、液温収束時における冷却液温度が判定値より低い場合に冷却系に異常が生じたものと診断する手段とを備えるものとした。
【００１２】
請求項２に記載のエンジン冷却系の異常診断装置は、請求項１に記載の発明において、基準値を車速または吸気温度に応じて補正する構成とした。
【００１３】
請求項３に記載のエンジン冷却系の異常診断装置は、１または２に記載の発明において、判定値を車速または吸気温度に応じて補正する構成とした。
【００１４】
請求項４に記載のエンジン冷却系の異常診断装置は、請求項１または２に記載の発明において、エンジンの発熱量を車速、点火時期、混合比、エンジン回転数の少なくとも一つに応じて補正する構成とした。
【００１５】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載のエンジン冷却系の異常診断装置において、計測区間における冷却液温度の上昇値を算出し、算出される計測区間における冷却液温度の上昇値が所定値より小さくなる液温収束時を判定し、液温収束時における冷却液温度が判定値より低い場合に冷却系に異常が生じたものと診断する。
【００１６】
例えば、暖機中にエンジンがアイドル運転されるような場合、冷却液温度がゆっくり上昇して冷却水温度の収束が遅れることに対応して、冷却系の異常診断が行われる時期が遅れ、サーモスタットバルブ等が正常に作動しているかどうかを的確に診断することができる。
【００１７】
また、基本的に冷却水温センサの検出値に基づいて冷却系の異常診断を行うため、新たにセンサ類を追加する必要がなく、構造の簡素化がはかれる。
【００１８】
さらに、計測区間に検出されるエンジンの負荷を積算してエンジンの発熱量を算出し、算出されるエンジンの発熱量が基準値以上となった時を計測区間の終了時と判定する。
【００１９】
例えば、暖機中にエンジンが高負荷で運転されてエンジンの発熱量が増加するのに伴い計測区間が短くなり、暖機中にエンジンがアイドル運転されて冷却液温度の上昇が遅くなる場合、計測区間が長くなることにより、サーモスタットバルブ等が正常に作動しているかどうかをエンジン発熱量の増減に影響されることなく的確に診断することができる。
【００２０】
また、エンジンの負荷を検出する手段として既存のエアフロメータ等を用いたり、燃料噴射量の信号を用いることにより、新たにセンサ類を追加する必要がなく、構造の簡素化がはかれる。
【００２１】
請求項２に記載のエンジン冷却系の異常診断装置において、計測区間の終了時を判定する基準値を車速または吸気温度に応じて補正することにより、エンジンの発熱量に応じた計測区間をラジエータやエンジンの放熱量に応じて算出することができ、診断精度を高められる。
【００２２】
請求項３に記載のエンジン冷却系の異常診断装置において、液温収束時における冷却液温度に基づいて冷却系に異常を診断する判定値を、車速または吸気温度に応じて補正することにより、ラジエータやエンジンの放熱量に影響されることなく、診断精度を高められる。
【００２３】
請求項４に記載のエンジン冷却系の異常診断装置において、エンジンの発熱量を車速、点火時期、混合比、エンジン回転数の少なくとも一つに応じて補正することにより、エンジンの発熱量を精度よく算出することができ、診断精度を高められる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１に示すように、Ｖ型６気筒エンジンに備えられる冷却装置は、シリンダブロックに形成されたウォータジャケット３４と、シリンダヘッドに形成されたウォータジャケット３５とを備える。ブロック側ウォータジャケット３４はピストンを収装する各シリンダの周囲に冷却水（冷却液）を循環させる一方、ヘッド側ウォータジャケット３５は燃焼室壁の周囲に冷却水を循環させるようになっている。冷却水は図中矢印で示すように流れる。
【００２６】
各ウォータジャケット３４，３５に冷却水を送り込むウォータポンプ３３が設けられる。ウォータポンプ３３は図示しないベルトおよびプーリを介してクランクシャフトの回転が伝えられる。ウォータポンプ３３から吐出する冷却水は、図中矢印で示すようにブロック側ウォータジャケット３４を循環した後にヘッド側ウォータジャケット３５に流入する流れＦ１と、ブロック側ウォータジャケット３４の端部から直接ヘッド側ウォータジャケット３５に流入する流れＦ２がある。
【００２７】
ヘッド側ウォータジャケット３５の出口３５ａから流出する冷却水をラジエータ４４を介してウォータポンプ３３の吸込口３３ａに導く冷却通路４０が配設される。ラジエータ４４はこれを循環する冷却水から外気への放熱を促す熱交換器の働きをする。ヘッド側ウォータジャケット３５の出口３５ａから流出する冷却水をラジエータ４４を迂回してウォータポンプ３３の吸込口３３ａに導くバイパス通路４１が配設される。バイパス通路４１の通水抵抗が冷却通路４０の通水抵抗より所定の比率で大きく形成される。ヘッド側ウォータジャケット３５の出口３５ａから流出する冷却水をラジエータ４４を迂回してウォータポンプ３３の吸込口３３ａに導くヒータ通路４２が配設される。ヒータ通路４２の途中には図示しない車室内の暖房用ヒータコアが介装される。
【００２８】
冷却通路４０を冷却水温度に応じて開閉するサーモスタットバルブ４３がラジエータ４４とウォータポンプ３３の間に位置してバイパス通路４１の合流部より上流側に介装され、サーモスタットバルブ４３の感温部がバイパス通路４１とヒータ通路４２の合流部より下流側に臨んで設けられる。
【００２９】
冷却水温度が所定値より低い冷間時に、サーモスタットバルブ４３が閉弁し、ウォータポンプ３３から吐出する冷却水の全量はバイパス通路４１を通りラジエータ４４を迂回して流れる。これにより暖機が促され、未燃焼ＨＣ排出量が低減される。
【００３０】
冷却水温度が所定値以上に上昇した温間時に、サーモスタットバルブ４３が開弁し、ウォータポンプ３３から吐出する冷却水はヘッド側とブロック側の各ウォータジャケット３４，３５を循環した後にラジエータ４４を循環して放熱する。これにより、冷却水の温度が所定の範囲に維持される。
【００３１】
図２に示すように、エンジン１は吸気弁が開かれるのに伴って吸気通路２からシリンダに吸気（混合気）を吸入し、この吸気をピストンで圧縮して、点火プラグ６で着火燃焼させ、排気弁が開かれるのに伴って排気が排気通路３に排出され、これらの各行程が連続して繰り返されるようになっている。
【００３２】
吸気通路２の途中には吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ７と、アクセルペダルに連動して吸気を絞るスロットルバルブ８がそれぞれ設けられ、その上流側には吸気量を検出するエアフロメータ９が設けられる。
【００３３】
排気通路３の途中には三元触媒１０が設置され、排気中の未燃焼ＨＣ、ＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元する。
【００３４】
コントロールユニット１２には、エアフロメータ９で検出される吸気量ＱＡと、アイドルスイッチ信号ＳＷと、エンジン回転数センサ１３で検出されるエンジン回転数Ｎｅと、吸気温センサ１６で検出される吸気温度Ｔａと、車速センサ１７で検出される車速Ｖと、冷却水温センサ１４で検出される冷却水温度ＴＷ等を入力して、燃料噴射量Ｔｉと点火時期ＡＤＶ等をこれら運転状態に応じて演算する。
【００３５】
コントロールユニット１２は、冷却水温センサ１４で検出される冷却水温度ＴＷが所定値ＴＷ1以上に上昇する暖機後に、Ｏ2センサ１５で検出される排気中の酸素濃度に応じた出力を入力して、混合気が理論空燃比となるようにインジェクタ７からの燃料噴射量をフィードバック制御して、三元触媒１０での転化効率を最大限に維持するようになっている。
【００３６】
ところで、例えばサーモスタットバルブ４３のまわりに洩れが生じたり、サーモスタットバルブ４３が開弁したままとなって閉弁できなくなる故障が生じると、暖機時から冷却水がラジエータ１４を循環するため、エンジン１の暖機が遅れるという問題点がある。
【００３７】
本発明はこれに対処して、計測区間における冷却水温度ＴＷの上昇値を算出し、計測区間における冷却水温度ＴＷの上昇値が所定値より小さくなる水温収束時を判定する。そして、図８に示すように、水温収束時における冷却水温度ＴＷが判定値以上に上昇している場合に冷却系が正常であると診断する一方、水温収束時における冷却水温度ＴＷが判定値より低い場合に冷却系に異常が生じたものと診断する。
【００３８】
例えば、暖機中にエンジン１がアイドル運転されるような場合、冷却水温度ＴＷがゆっくり上昇して収束する時期が遅くなることに対応して、冷却系の異常診断が行われる時期が遅らされ、サーモスタットバルブ４３等が正常に作動しているかどうかを的確に診断することができる。
【００３９】
本実施の形態において、暖機時にエンジン１の吸入空気量ＱＡの積算値に基づいてエンジン１の発熱量を算出し、エンジン１の発熱量が基準値以上となる時点を計測区間の終了時と判定する。
【００４０】
例えば、暖機中にエンジン１が高負荷で運転されてエンジン１の発熱量が増加するのに伴い計測区間が短くなる。一方、暖機中にエンジン１がアイドル運転されて冷却水温度ＴＷの上昇が遅くなる場合、計測区間が長くなる。これにより、サーモスタットバルブ４３等が正常に作動しているかどうかをエンジン１の発熱量の増減に影響されることなく的確に診断することができる。
【００４１】
そして、エンジン１の発熱量は車速Ｖ、吸気温度Ｔａ、点火時期ＡＤＶ、混合比、エンジン回転数Ｎｅ等に応じて補正される。これにより、エンジン１の発熱量を精度よく算出することができ、診断精度を高められる。
【００４２】
発熱量補正係数Ｋｅは図５に示すテーブルに基づいて車速Ｖに応じて検索される。車速Ｖが高まるのにしたがってエンジン１の発熱量が増えることに対応して、吸気量積算値ＳＵＱＩＶＬは発熱量補正係数Ｋｅによって車速Ｖが高まるのにしたがって増加するように補正される。
【００４３】
計測区間の終了時をエンジン１の発熱量に基づいて判定する基準値は、車速Ｖ、吸気温度Ｔａ等に応じて補正される。これにより、エンジン１やラジエータ４４の放熱量に応じて計測区間が算出され、診断精度を高められる。
【００４４】
さらに、水温収束時における冷却水温度ＴＷに基づいて冷却系に異常を診断する判定値は、車速Ｖ、吸気温度Ｔａ等に応じて補正される。これにより、エンジン１やラジエータ４４の放熱量に影響されることなく、診断精度を高められる。
【００４５】
放熱量補正係数Ｋｒは図６に示すテーブルに基づいて車速Ｖに応じて検索される。車速Ｖが高まるのにしたがってラジエータ４４の放熱量が増えることに対応して、水温上昇判定基準値は放熱量補正係数Ｋｒによって車速Ｖが高まるのにしたがって高まるように補正される。
【００４６】
放熱量補正係数Ｋｗは図７に示すテーブルに基づいて吸気温度Ｔａに応じて検索される。吸気温Ｔａが高まるのにしたがってエンジン１の放熱量が減少することに対応して、水温上昇判定基準値は放熱量補正係数Ｋｗによって吸気温度Ｔａが高まるのにしたがって低下するように補正される。
【００４７】
図３、図４のフローチャートは、コントロールユニット１２において実行される冷却装置の異常を診断する制御プログラムを示しており、これはエンジン１の運転中に所定周期毎に実行される。
【００４８】
まず、ステップＳ１でエアフロメータ９で検出される吸入空気量ＱＡの変換値ＱＡＴＨＭＯと、始動後の吸入空気量変換値ＱＡＴＨＭＯを積算した吸入空気量積算値ＳＵＱＡＴＨを算出する。
【００４９】
続いてステップＳ２に進んで、診断禁止フラグがセットされてないことを確認した後、ステップＳ３に進んで診断条件が成立するかどうかを判定する。この診断条件としては、エンジン１の回転中であること、冷却水温センサ１４、エアフロメータ９、エンジン回転数センサ１３、吸気温センサ１６、車速センサ１７に異常がないことを判定する。
【００５０】
診断条件が成立した場合、ステップＳ４に進んで始動時の冷却水温度ＴＷＮが判定値ＴＷＮＯＫ＃（例えば７０°Ｃ）より低いことを確認した後、ステップＳ５に進んで診断開始条件が成立しているかどうかを判定する。この診断開始条件は始動後の吸入空気量積算値ＳＵＱＡＴＨが所定値ＴＯＱＡＴＨ以上かどうかを判定するとともに、始動後の運転時間が所定値ＴＭＴＨＭＯ＃以上かどうかを判定する。
【００５１】
診断開始条件が成立している場合、ステップＳ６に進んで水温モニタータイマーＴＩＭＴＨＭがクリアされていることを確認して、ステップＳ７で水温モニター基準値ＴＷＴＨＳＴをセットする。続いてステップＳ８に進んで水温モニタータイマーＴＩＭＴＨＭをインクリメントするとともに、計測区間における吸入空気量変換値ＱＡＴＨＭＯを積算した吸入空気量積算値ＳＵＱＩＶＬを算出し、計測区間における吸入空気量変換値ＱＡＴＨＭＯの平均値ＡＶＱＩＶＬを算出し、計測区間における冷却水温度ＴＷの最大値ＴＷＴＨＸを算出する。ここで吸入空気量変換値ＱＡＴＨＭＯの平均値ＡＶＱＩＶＬは、吸入空気量積算値ＳＵＱＩＶＬを計測区間の時間で割った値を、発熱量補正係数Ｋｅによって補正する。なお、ステップＳ８で行われる処理が請求項１に記載の発明において、エンジンの発熱量を算出する手段に相当するとともに、請求項４に記載の発明においてエンジンの発熱量を補正する手段に相当する。また、エアフロメータ９が請求項１に記載の発明において、エンジンの負荷を検出する手段に相当する。なお、エンジン１の負荷を検出する手段として、燃料噴射量Ｔｉの信号を用いてもよい。
【００５２】
続いてステップＳ１０に進んで、水温モニタータイマーＴＩＭＴＨＭが所定値ＴＴＨＩＶＬ＃以上になったことを確認した後、ステップＳ１１に進んで、計測区間における吸入空気量ＱＡＴＨＭＯの平均値ＡＶＱＩＶＬが基準値ＴＨＱＡＴＨ以上かどうかを判定する。基準値ＴＨＱＡＴＨは放熱量補正係数Ｋｒ、放熱量補正係数Ｋｗ等によって補正される。なお、ステップＳ１１で行われる処理が、請求項１に記載の発明において、算出されるエンジンの発熱量が基準値以上となる時点を計測区間の終了時と判定する手段に相当する。
【００５３】
エンジン１の発熱量が基準値以上であると判定された場合、ステップＳ１２に進んで、計測区間における冷却水温度ＴＷの最大値ＴＷＴＨＸと計測開始時の冷却水温度ＴＷＴＨＳＴの差（上昇値）が判定値ＴＨＴＷＴＨ＃より小さいかどうかを判定する。判定値ＴＨＴＷＴＨ＃は放熱量補正係数Ｋｒ、放熱量補正係数Ｋｗ等によって補正される。なお、ステップＳ１１で行われる処理が、請求項１に記載の発明において、液温収束時を判定する手段に相当する。
【００５４】
冷却水温度ＴＷの上昇が収束していると判定された場合、ステップＳ１３に進んで計測区間における冷却水温度ＴＷの最大値ＴＷＴＨＸが基準値ＴＷＮＯＫ＃より低いかどうかを判定する。冷却水温度ＴＷの最大値ＴＷＴＨＸが基準値ＴＷＮＯＫ＃より低いと判定された場合、ステップＳ１４に進んで冷却系に異常が生じたものと診断し、警告灯２４を点灯して運転者にこれを知らせる。続いてステップＳ１５に進んで、診断禁止フラグをセットして、イグニッションスイッチがＯＦＦとなるまで本ルーチンによる診断を禁止する。なお、ステップＳ１４における処理が、請求項１に記載の発明において液温収束時における冷却液温度が判定値より低い場合に冷却系に異常が生じたものと診断する手段に相当する。
【００５５】
ステップＳ２で診断禁止フラグがセットされていない場合、ステップＳ３で診断条件が成立しない場合、あるいはステップＳ５で診断開始条件が成立しない場合に、ステップＳ９に進んで各データをクリアする。
【００５６】
ステップＳ１２で計測区間において冷却水温度ＴＷの上昇が収束していないと判定された場合、あるいはステップＳ１３で冷却水温度ＴＷの最大値ＴＷＴＨＸが水温モニター基準値ＴＷＴＨＳＴ以上に高いと判定された場合、ステップＳ１８に進んで各データをクリアする。
【００５７】
また、ステップＳ４で始動時の冷却水温度ＴＷＮが基準値ＴＷＮＯＫ＃以上に高いと判定された場合、ステップＳ１６に進んで冷却系が正常であるものと診断する。続いてステップＳ１７に進んで、診断禁止フラグをセットして、イグニッションスイッチがＯＦＦとなるまで本ルーチンによる診断を禁止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す冷却装置の構成図。
【図２】同じくエンジンの制御系を示すシステム図。
【図３】同じく冷却装置の異常を診断する制御内容を示すフローチャートの前半部分。
【図４】同じく冷却装置の異常を診断する制御内容を示すフローチャートの後半部分。
【図５】同じく発熱量補正係数Ｋｅと車速Ｖの関係を示す特性図。
【図６】同じく放熱量補正係数Ｋｒと車速Ｖの関係を示す特性図。
【図７】同じく放熱量補正係数Ｋｗと吸気温度Ｔａの関係を示す特性図。
【図８】同じく冷却水温度が変化する例を示す線図。
【図９】冷却水温度が変化する例を示す線図。
【符号の説明】
１  エンジン
９  エアフロメータ
１２  コントロールユニット
１４  冷却水温センサ
３４  ブロック側ウォータジャケット
３５  ヘッド側ウォータジャケット
４０  冷却通路
４１  バイパス通路
４３  サーモスタットバルブ
４４  ラジエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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