(57)【要約】【課題】  エンジンの冷却系の異常検出装置の冷却水の温度推定に際し、冷却水の流路にあるヒータコアからの放熱量やこの時の熱交換量に対して考慮されていないため、エンジン発熱量が小さくヒータからの放熱量が大きい前記条件時は、エンジン冷却系の異常を、確実に検出できない問題があった。また診断を禁止する必要がある場合診断頻度を低下させる問題があった。【解決手段】  冷却系の温度推定に際し、前記冷却水の通路上にあるヒータコアからの放熱量を求める手段とヒータコアからの放熱量はブロワファンや車室内温度センサの入力信号より補正できる手段とを備えることにより、ヒータコアからの放熱量を加味したエンジン冷却水温度推定部での冷却水の推定温度が正確に求められる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（内燃機関）の冷却水通路に設置された温度検出器と前記冷却水の温度を制御するサーモスタットと前記冷却系の温度を、前記エンジンに投入される燃料量あるいはエンジンに吸入される空気量に基づき求められるエンジンへの供給熱をもとにエンジンブロックの温度変化に寄与する冷却損失熱を求める手段と、エンジンブロック及びラジエーターから大気中に放出される放出熱を求める手段と、エンジンブロックと冷却媒体の間の熱流量である熱交換量を求める手段とを備えたエンジンブロック温度推定部とエンジン冷却水温度推定部からなる冷却系温度推定装置であって、前記冷却水の通路上に設けられたヒータコアからの放熱量を求める手段と、エンジン冷却水温度推定部との熱交換量を求める手段と、前記ヒータコアからの放熱量をブロワファン又は車室内温度センサの入力信号により補正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検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジン冷却系の異常検出装置において、前記ブロワファンの風量変化に基づいて前記ヒータコアの放熱量を補正することを特徴とするエンジン冷却系の異常検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジン冷却系の異常検出装置において、車室内温度の変化に基づいてヒータコアの放熱量を補正することを特徴とするエンジン冷却系の異常検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のエンジン冷却系の異常検出装置において、エンジンの発熱量が小さい条件又は車室内の温度が低い条件にても診断することを特徴とするエンジン冷却系の異常検出装置。
【請求項５】
請求項３に記載のエンジン冷却系の異常検出装置において、前記エンジンの発熱量が小さい条件はアイドル状態又は低車速又は低負荷のいずれかであることを特徴とするエンジン冷却系の異常検出装置。
【請求項６】
請求項３に記載のエンジン冷却系の異常検出装置において、車室内の温度が低い条件とは、窓開放時又は低外気温時であることを特徴とするエンジンの冷却系の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関を循環する冷却水の温度推定装置およびこれを用いた冷却系の診断装置に関し、特に冷却水流路に設置した温度検出器による温度検出値と温度推定装置による温度推定値に基づいて冷却系の異常を診断することを特徴とする内燃機関冷却系の診断技術に属する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関などの熱機関は効率および安定性を確保するため冷却系が必要である。例えば、自動車の冷却系においては、内燃機関等の温度はサーモスタットによる冷却水（クーラント）温度制御により一定温度に保たれる。
【０００３】
具体的には、冷却水温度が所定値よりも高いとサーモスタットが開き放熱装置であるラジエーターからの放熱量を増やして冷却水温度を低下させ、逆に冷却水温度が所定値よりも低くなると、サーモスタットが閉じて冷却水温度が下がりすぎるのを防止する。ここで考えられる主な故障としては、サーモスタットが開き放し（開故障）になるとエンジン等の温度が適切な温度に達しないオーバークールとなり、特にエンジン暖機中における燃費や排気が悪化する恐れがある。逆にサーモスタットが閉じ放し（閉故障）になるとエンジン等の温度上昇によりオーバーヒートを引き起こし、エンジン焼き付きや異常燃焼発生などの恐れがある。このため、このような冷却系の異常（サーモスタットの故障）を検出する技術が開示されている（例えば特許文献１）。この技術は、エンジンを冷却する冷却水と、前記冷却水がエンジンを循環する流路と、を備えた冷却系の温度推定装置において、エンジンへの供給熱をもとにエンジンブロックの温度変化に寄与する冷却損失熱，エンジンブロックと冷却水の間の熱流量である熱交換量、前記エンジンブロックの温度とエンジンの周辺温度又は外気温度差のいずれかに基づいてエンジンブロックから大気中に放出される放出熱を求める手段を備え、前記冷却損失熱から前記放熱および前記熱交換量を除いたものを積算してエンジンブロックの温度を求め、更に、前記熱交換量を積算して冷却水の温度を求めることにより前記冷却系の温度推定装置と、前記エンジンを循環する流路に設置された温度検出器と、前記冷却水の温度を制御するサーモスタットから、前記冷却系の温度推定装置による冷却水の温度推定値と前記温度検出器の検出値に基づいて運転状態にかかわらず温度を正確に推定できるので、エンジン冷却系の異常を、より確実に検出できるようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開平２００２−２４９１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記技術の冷却系の温度推定装置は、冷却水の温度が運転状態だけでなく、車速，外気温，吸気温，外乱等による影響を鑑みて、エンジンブロックの温度変化に寄与する冷却損失熱を求める手段，エンジンブロックやラジエーターから大気中に放出される放熱量やその時の熱交換量を求める手段は備えているが、車室内に装着され且つ冷却水の流路にあるヒータコアからの放熱量やこの時の熱交換量に対して考慮されていないことより、冷却水推定温度に誤差を生じる可能性があった。
【０００６】
具体的には、エンジンの発熱量が小さい（例えばアイドル運転や２０ｋｍ／ｈ以下）条件や車室内の温度が低い低外気温（例えば０℃以下、窓開放時）条件時に車室内のブロワファンを運転するとヒータコア内の冷却水が冷却され同時に放熱量として放出されるため、エンジン発熱量も小さくヒータからの放熱量が大きい前記条件時は、この分エンジン冷却水温度推定部の推定温度は誤差が大きくなり正確な冷却水の温度推定ができない。このため前記冷却系の温度推定装置は冷却系の診断を実施するとエンジン冷却系の異常を、確実に検出できず冷却系が正常状態でもＮＧ状態と誤診断する可能性があった。また、正常状態とＮＧ状態の故障判定値の設定が難しいことより、誤診断しやすい条件時を禁止していた領域は診断を禁止する必要があり診断頻度を低下させる問題があった。本願発明では診断精度向上と共に診断頻度をできる限り確保できる制御を構築することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、エンジン（内燃機関）の冷却水通路に設置された温度検出器と前記冷却水の温度を制御するサーモスタットと前記冷却系の温度を、前記エンジンに投入される燃料量あるいはエンジンに吸入される空気量に基づき求められるエンジンへの供給熱をもとにエンジンブロックの温度変化に寄与する冷却損失熱を求める手段と、エンジンブロック及びラジエーターから大気中に放出される放出熱を求める手段と、エンジンブロックと冷却媒体の間の熱流量である熱交換量を求める手段とを備えたエンジンブロック温度推定部とエンジン冷却水温度推定部からなる冷却系温度推定装置であって、前記冷却水の通路上に設けられたヒータコアからの放熱量を求める手段と、エンジン冷却水温度推定部との熱交換量を求める手段と、前記ヒータコアからの放熱量をブロワファン又は車室内温度センサの入力信号により補正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検出装置によって解決される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のエンジン冷却系の異常検出装置は、ヒータコアからの放熱量を加味したエンジン冷却水温度推定部での冷却水の推定温度が正確に求められるため前記条件時においてもエンジン冷却系の異常を、確実に検出できるようになり、前記故障判定値の設定が容易に設定できるため前記誤診断防止が図れる利点がある。また、従来、診断を禁止していた領域（前記誤診断条件時）の診断も可能となり診断頻度低下の問題を解決し、診断領域の拡大が図れる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは本発明を主に自動車のサーモスタットの故障診断に適用した場合について説明する。
【実施例】
【００１０】
図１に自動車に搭載されたエンジンの冷却系の模式図を示す。図１の冷却系はウォータポンプ１により冷却水を循環させることで内燃機関２の機関温度を制御する。具体的にはサーモスタット３を開き冷却水を循環流路Ａでラジエーター４を循環させることで放熱量を増加させ、逆にサーモスタット３を閉じ循環流路Ｂでラジエーター４をバイパスすることで放熱量を低下させる。また冷却水の温度を測定する温度検出器６の位置は大抵図１に示したように冷却水がエンジンから吐出される出口近傍に設置されるのが望ましいが、図１の順路２でサーモスタット上流であれば何処の温度を検出しても良い。図１のサーモスタットの位置は冷却水がエンジン（内燃機関）２に流入する入口側に設置されているが、これに関しても冷却水がエンジンから流出する出口側に設置しても良い。なお本発明の、エンジン冷却系の異常検出装置は図１に示すＥＣＵ７の内のプログラムとして実装されていいし、あるいは水温検出器の検出値やエンジン運転状態を外部に通信する通信装置（図示せず）を備え、これらの情報を受信して処理するＥＣＵ以外の演算装置に実装されても良い。
【００１１】
図２は、エンジン冷却系の異常検出装置の概要をブロック図に示したもので、従来のエンジンの冷却系温度推定診断装置であるエンジンブロック温度推定部とエンジン冷却水温度推定部にブロワファンの入力信号や車室内温度センサを取り込んだヒータコアの放熱量演算部を加えた制御構成とし、エンジンブロック温度推定部Ｂ１００１では吸入空気量，回転数，外気温度，スタータや燃料カットなどの各種ＳＷ信号などの情報を元にエンジンブロックの推定温度を演算し、エンジン冷却水温度推定部Ｂ１００２に推定ブロック温度を渡す。エンジン冷却水温度推定部Ｂ１００２は推定した冷却水温度と推定ブロック温度の差から冷却水への熱交換量を演算して冷却水温度を演算し、熱交換量をエンジンブロック温度推定部に渡す。ヒータコアの放熱量演算部Ｂ１００３では、ブロワファンの入力信号Ｓ１００１や車室内温度センサＳ１００２の情報を元にヒータコアの放熱量を演算し、図３と図４に示すようなブロワファンの風量や車室内温度の変化に応じた放熱量の演算を補正しエンジン冷却水温度推定部Ｂ１００２にヒータコアからの放熱量として渡す。エンジン冷却水温度推定部Ｂ１００２はヒータコア放熱量から冷却水への熱交換量を演算し冷却水温度を演算する。エンジン冷却水温度推定部Ｂ１００２で推定された冷却水温度と実際に検出した冷却水温度検出値を元に冷却系の異常診断（サーモスタット異常診断部）
Ｂ１００４ではサーモスタットの開故障や閉故障を診断し、サーモスタット判定信号を出力する。
【００１２】
図５は、従来のエンジンの冷却系温度推定装置におけるサーモスタットの開故障診断を示した図である。エンジンの発熱量が小さい（例えばアイドル状態や低車速＝低負荷）条件や車室内の温度が低い条件（例えば低外気温，窓開放時）時に車室内のブロワファンを運転するとヒータコア内の冷却水が冷却され同時に放熱量として放出されるが前記条件時はエンジン発熱量も小さくヒータからの放熱量が大きいと、この分クラント温度推定部の推定温度は誤差が大きくなり正確な冷却水の温度推定ができない。このため、冷却系の診断を実施すると図５に示すように正常状態とＮＧ状態の故障判定値を設定するのが難しく、正常状態でもＮＧ状態と誤診断しやすくなる可能性があった。さらに、前記誤診断しやすい領域（前記誤診断条件時）は診断を禁止する必要があり、その結果図６に示すように診断頻度を低下させる可能性があった。
【００１３】
図７は、本発明による判定領域を示した図である。従来のエンジンの冷却系温度推定診断装置であるエンジンブロック温度推定部とエンジン冷却水温度推定部にブロワファンの入力信号や車室内温度センサを取り込んだヒータコアの放熱量演算部を加えた制御構成とすることで、エンジン冷却水温度推定部Ｂ１００２で推定された冷却水温度が正確に求められるようになり、その結果、エンジンの発熱量が小さい（例えばアイドル状態や低車速＝低負荷）条件や車室内の温度が低い条件（例えば低外気温，窓開放時）時に車室内のブロワファンを運転した場合でも図７に示すようにサーモスタットの正常品と開故障品の識別が容易になり故障判定値の設定が可能となる。これにより、前記正常品をＮＧと判定する誤診断を回避できる。また、従来、診断を禁止していた領域（前記誤診断条件時）の診断可能となることから図８に示す診断領域の拡大が図れる。
【００１４】
次に、図９から図１９において冷却系の異常（サーモスタットの開故障）を診断する具体的方法について説明する。図９はエンジンブロックへ伝わる冷却損失熱Ｑａｄｄを演算するブロックである。吸入空気量ＱＡＲから空燃比ＡＦとガソリンの発熱量Ｍｆｕｅｌにより供給熱量Ｑ１ａを演算し、回転数と負荷によって決まる冷却損失ＩＴＡＱ１とリタード量によって決まる冷却損失補正値ＩＴＡＱＨから冷却損失熱Ｑａｄｄを演算する。ただし燃料カット実行中ＦＣＵＴ＝１の場合はＱａｄｄを０にする。本構成によれば、運転状態によらず冷却媒体の温度を正確に演算することができる。なお本ブロックでは供給熱量Ｑ１ａを吸入空気量から演算したが、燃料パルス幅から演算しても良い。また、場合によってはＱａｄｄを０にするのではなくフリクションによって生じる熱量分を加えても良い。図１０はエンジンブロック表面から外気への放出熱Ｑ３を演算するブロックである。推定ブロック温度（ＴＥＮＧＥＳ）と外気温度（ＴＨＡ）の差と車速によって決まる放熱係数ＥＨの積から外気へ放熱される熱量Ｑ３を演算される。ここで放熱係数ＥＨは図１１にしめすように、車速が高いほど放熱係数ＥＨが大きくなるので、車速が高いほど放出熱
Ｑ３は大きくなる。図１２に燃料カット時の放出熱Ｑ４を示す。エンジンブロック推定温度（ＴＥＮＧＥＳ）と外気温度（ＴＨＡ）の差と燃料カット時の空気流量ＱＡＲによって決まる放熱係数ＥＣの積から燃焼室内へ放熱される放出熱Ｑ４を演算する。ここで放熱係数ＥＣは図１３に示すように、吸入空気量ＱＡＲが多いほど放熱係数ＥＣは大きくなることから、吸入空気量が大きいほど放出熱量Ｑ４は大きくなる。なお図１０，図１２では推定ブロック温度（ＴＥＮＧＥＳ）と外気温度の差から放熱係数を演算したが、推定ブロック温度の代わりに実測水温(ＴＷＮ)を用いても良い。図１４と図１６はヒータコアから車室内に放熱される熱量Ｑ５を演算するブロックである。図１４は、実水温ＴＷＮとヒータコアを通過する空気量ＱＢＲからＱ５を演算するブロックである。ここで放熱係数ＫＢＲは、図１５に示すようにヒータコアを通過する空気量ＱＢＲが多いほど、大きくなるので、Ｑ５もヒータコア通過空気量が多いほど大きくなる。もう一つは、実水温ＴＷＮと車室内温度ＴｒｏｏｍからＱ５を演算する方法であり、図１６にそのブロック図を示す。この場合、放熱係数ＫＢＲは図１７に示すように車室内温度Ｔｒｏｏｍが低いほど、大きくなるのでＱ５も車室内温度が低いほど、大きくなる。次に、ここまで説明した冷却損失熱
Ｑａｄｄと、放出熱Ｑ３とＱ４の和である放熱ＱＤＥＣからブロック温度(ＴＥＮＧＥＳ)と冷却水温度（ＴＷＮＥＳ）を演算する方法について説明する。図１８に冷却水温度
ＴＷＮＥＳおよびブロック温度ＴＥＮＧＥＳを推定するブロック図を示した。図９〜図
１３で説明した冷却損失熱ＱＡＤＤおよび放熱ＱＤＥＣをサンプリング時間ΔＴ（1000〜５０ｍｓ程度）毎に積算し、エンジンブロックの熱量ＱＥＮＧとエンジンブロックの熱容量ＤＥからブロック温度推定値（推定水温）ＴＥＮＧＥＳを演算する。演算したブロック温度推定値ＴＥＮＧＥＳと同じく演算した冷却水温度推定値ＴＷＥＮＳの差と放熱係数
ＫＣから冷却水とエンジンブロックの熱交換量ＱＴＷＮＡＤＤを演算する。そしてこの熱交換量をサンプリング時間ΔＴ毎に積算し、クーラントの熱量ＱＴＷＮと冷却水の熱容量
ＤＣから冷却水温度推定値ＴＷＮＥＳを演算する。更に、ここで求められた冷却水温度推定値とヒータコア放熱量ＱＤＥＨから冷却水温度推定値ＴＷＮＥＳを演算する。ここで、図１９に熱交換係数ＫＣとエンジン回転数ＮＤＡＴＡの関係を示す。熱交換係数ＫＣは冷却水の流速に応じて大きくなるが、流速の代わりに、ここでは冷却水の流量がエンジン回転数と比例しているとして回転数と熱交換係数の関係を示したものである。
【００１５】
次に図２０を用いてサーモスタットの開故障を判定する方法について説明する。図１９は正常品と開故障品の温度推定値の違いを表した模式図である。ここで正常品における推定水温と検出水温との関係はサーモスタットが開くまでは検出水温＝推定水温である傾きＡの直線上近傍にある。一方の開故障品における推定水温と検出水温の関係は検出水温の方がラジエーターの放熱分だけ温度上昇が遅れるため図に示したように傾きＡよりも大きくなる。従って推定水温ＴＷＮＥＳが所定値kthngact以上になったときの検出水温ＴＷＮが所定値より低ければ開故障と判断できる。またさらに、サーモスタットが開きはじめる温度kthokactに検出水温ＴＷＮが達したときの、推定水温ＴＷＮＥＳが所定値よりも小さければ正常品と判定できる。
【００１６】
図２１に開故障診断を実施するフローチャートを示す。ステップＳ２００１では診断許可条件をチェックし診断許可条件が成立していない場合は以下の処理をスキップする。ここで診断許可条件としては、水温センサや空気量センサに異常が生じていないこと、始動時水温が所定値以下であることあるいは外気温が所定値以下であること、診断時間が所定時間内に収まっていること、診断中に噴射された燃料が所定の範囲内に収まっていること、あるいは推定水温精度（後述）および診断精度（後述）が所定値以上であること、等をチェックする。ステップＳ２００１において診断許可条件が成立した場合はステップ
Ｓ２００２に進み推定水温が始動時水温によって決まるＮＧ診断起動温度thngact よりも大きくかつ一度もＮＧ診断を起動していないかどうかをチェックし、条件が成立していればステップＳ２００３にすすみＮＧ診断を実施し、条件が成立しなければステップＳ2005に進む。ステップＳ２００３では推定水温ＴＷＮＥＳが所定値に達したときの検出水温
ＴＷＮとエンジン始動時の水温によって決まるＮＧ判定基準値thngtpと比較し、検出水温ＴＷＮがＮＧ判定基準値thngtpよりも小さい場合はサーモスタット開故障としてステップＳ２００４にすすむ。ステップＳ２００４では開故障であることをメモリに記憶しＭＩＬを点灯する。次にステップＳ２００５では検出水温ＴＷＮと始動時水温によって決まる
ＯＫ診断起動温度thokgactに達していれば、ステップＳ２００６に進む。ステップＳ2006ではＯＫ診断起動時の推定水温ＴＷＮＥＳと始動時の水温によって決まるＯＫ判定基準値thoktpと比較し、推定水温ＴＷＮＥＳがＯＫ判定基準値よりも小さい場合はサーモスタットが正常であるとしてステップＳ２００７に進む。ステップＳ２００７ではサーモスタットが正常である事をメモリに記憶しＭＩＬが点灯していれば消灯する。
【００１７】
上述のように、本発明のエンジン冷却系の異常検出装置は、前記技術に車室内にあるブロワファンの入力信号や車室内温度センサ入力信号を取り込んだヒータコアの放熱演算部を備え、ブロワファンの風量や車室内温度の変化に応じ放熱量を補正できる手段と、求めたヒータコア放熱量をエンジン冷却水温度推定部に渡し、ヒータコア放熱量から冷却水への熱交換量を演算する手段と、によりヒータコアからの放熱量を加味したエンジン冷却水温度推定部での冷却水の推定温度が正確に求められることから、前記条件時においてもエンジン冷却系の異常を、確実に検出できる。これにより、前記故障判定値の設定が容易に設定でき前記誤診断の防止が図れる。同時に、従来、診断を禁止していた領域（前記誤診断条件時）の診断も可能となり診断頻度低下の問題を解決し診断領域の拡大を図れる目的を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】自動車のエンジン冷却系を示す図。
【図２】本発明のブロック図。
【図３】ブロワファン風量による放熱量の補正を示す図。
【図４】車室内温度センサによる放熱量の補正を示す図。
【図５】従来技術での問題点を示す図。
【図６】従来技術でのサーモスタット診断領域を示す図。
【図７】本発明の効果を示す図。
【図８】本発明でのサーモスタット診断領域を示す図。
【図９】エンジンブロックへ伝わる冷却損失熱ＱＡＤＤの演算ブロックを示す図。
【図１０】エンジンブロックからの放出熱Ｑ３の演算ブロックを示す図。
【図１１】車速と放熱係数の関係を示す図。
【図１２】燃料カット時の放出熱Ｑ４の演算ブロックを示す図。
【図１３】吸入空気量と放熱係数の関係を示す図。
【図１４】ブロワファン風量からのヒータコア放出熱Ｑ５の演算ブロックを示す図。
【図１５】ブロワファンと放熱係数の関係を示す図。
【図１６】車室内温度入力によるヒータコア放出熱Ｑ５の演算ブロックを示す図。
【図１７】車室内温度と放熱係数の関係を示す図。
【図１８】本発明のエンジン冷却系異常検出装置のブロックを示す図。
【図１９】エンジン回転数と熱交換係数の関係を示す図。
【図２０】サーモスタットの閉故障判定の一例を示す図。
【図２１】本発明の診断制御フローを示す図。
【符号の説明】
【００１９】
１…ウォータポンプ、２…エンジン（内燃機関）、３…サーモスタット、４…ラジエーター、５…ヒータ、６…温度検出器、７…ＥＣＵ。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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