JP3896288B2

JP3896288B2 - 冷却系の温度推定装置

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Publication number: JP3896288B2
Application number: JP2002024914A
Authority: JP
Inventors: 洋一飯星; 大須賀　　稔; 俊雄堀; 明人沼田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2022-02-01
Also published as: JP2003227337A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機関を循環する冷却媒体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、特に冷却媒体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冷却系の診断技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
機関（エンジン）、特に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クーラント（一般に水とエチレングリコールが混合された冷却媒体）温度制御により一定温度に保たれる。より具体的には、クーラント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ターからの放熱量を増やしてクーラント温度を低下させ、逆にクーラント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クーラント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、オーバークールとオーバーヒートがある。すなわちサーモスタットが開き放し（開故障）になると内燃機関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）になると内燃機関等の温度が上昇しすぎるオーバーヒートになり、エンジン焼き付きや異常燃焼（ノック）発生などの恐れがある。このため、このような故障を検出する技術として特開平１０−１８４４３３号や特開平１１−１５９３７９号が開示されている。特開平１０−１８４４３３号では、エンジンの冷却水循環経路に設けられたサーモスタットの故障を検出する内燃機関冷却系のサーモスタット故障検出装置であって、前記サーモスタットよりもエンジン側の冷却水循環経路の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、前記サーモスタットが正常であれば閉じている温度領域で、前記冷却水温検出手段により検出したエンジン側冷却水温に基づいて、前記サーモスタットが閉じずに開きっぱなしになる故障の有無を診断する開故障診断手段を有することを特徴とするエンジン冷却系のサーモスタット故障検出装置が開示されている。この特開平１０−１８４３３号の発明は、正常であればサーモスタットが閉じてある領域における温度検出値が開故障時に通常よりも低くなることに着目して異常を判定するものである。また特開平１１−１５９３７９号では、冷却液温度を検出する冷却液温センサと、エンジンの負荷を検出する手段と、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、検出される冷却液温度と算出されるエンジンの発熱量に応じて冷却系に異常が発生したかどうかを診断する手段と、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が開示されている。この特開平１１−１５９３７９号の発明は、エンジン負荷を積算してエンジンの発熱量を推定し、この推定値と実際に検出した冷却水温度とにもとづいて異常を検出するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでクーラントの温度は運転状態だけでなく、車速，外気温，吸気温，空調装置などの環境や外乱の影響を受ける。このため特開平１０−１８４４３３号の技術においては放熱量を考慮し外気温や車速あるいはヒータのオンオフから診断処理に用いるデータを補正する方法が開示されており、特開平１１−159379号の技術においてもエンジン負荷を、車速や吸気温度によって補正して、エンジンの発熱量を演算する方法が開示されている。
【０００４】
しかしエンジン発生熱量と冷却媒体に伝わる熱量の関係はたとえ車速，外気温，吸気温が同じであっても一定ではない。これはエンジンに投入した熱量（供給熱量）が仕事（軸出力）ではなく熱損失として冷却媒体に伝わる熱量（冷却損失熱）がエンジンの運転状態によって異なるためであり、従来の診断方法ではこの冷却損失熱を十分に考慮していないため、冷却損失熱と供給熱量との比（冷却損失）が大きく異なる運転（たとえばアイドルと高速走行）を含む運転中に冷却媒体の温度推定を行った場合には誤診断を起こす恐れがあった。また従来の技術では機関から冷却媒体への熱伝達を十分に考慮しておらず、特にエンジンブロックと冷却媒体の温度差によって生じる熱の伝達である熱交換量を考慮していないため定量的な誤差が大きく、さらにエンジンの再始動時など機関と冷却媒体の温度に差が生じている場合、診断を禁止せざるを得なかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を鑑みなされたもので、本発明の目的の一つはより精度の高い温度推定装置により機関のオーバーヒートやオーバークールを防止することである。また本発明の別の目的の一つは本発明の温度推定装置を用いて冷却系の診断をおこない、排気や燃費悪化あるいは機関の故障を防止することである。上記目的を達成するため、本発明では機関（エンジン）を冷却する冷却媒体と、前記冷却媒体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、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熱量である冷却損失熱を求めることにより、前記冷却媒体の温度を推定する。
【０００６】
ここでさらに望ましくは前記冷却損失熱を少なくとも、燃料噴射タイミング，バルブタイミング，点火リタード量，ＥＧＲ量，外気圧，冷却水温，トランスミッションのオイル温度の一つにもとづいて補正する。本構成によるとエンジンへの供給熱からエンジンブロックに伝わる熱量（冷却損失熱）を精度良く求めることができるので冷却媒体あるいはエンジンブロックの温度変化を正確に推定できる。
【０００７】
また本発明では前記エンジンのブロック温度と冷却媒体の温度の差に基づいて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、さらに単位時間内にエンジンに流入する冷却媒体の流量に基づいて前記熱交換量を補正する。本構成によるとエンジンブロックから冷却媒体に伝達される熱交換量を精度良く求めることができるため、冷却媒体あるいはエンジンブロックの温度変化をより正確に推定できる。
【０００８】
また本発明では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、外気温度の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熱である放出熱を求め、前記放出熱を走行風により補正する。本構成によると冷却損失熱のうち冷却媒体やエンジンブロックの温度上昇に寄与しない分をより精度良く求めることで、冷却媒体あるいはエンジンブロックの温度変化を正確により推定できる。
【０００９】
また本発明では、機関（エンジン）を冷却する冷却媒体と、前記冷却媒体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、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熱量である冷却損失熱を求め、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の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熱である放出熱を求め、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、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の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熱である放出熱を求め、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、前記熱交換量を積算して冷却媒体の温度を求めることを特徴とする。本構成によれば、水温あるいは推定機関温度の初期温度をたとえば始動時の水温を用いて適切に設定することで、冷却媒体およびエンジンブロックの温度変化を正確に推定できる。
【００１０】
また本発明では、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、前記冷却媒体の温度を制御するサーモスタットを備え、前記温度推定装置による冷却媒体の温度推定値と前記温度検出器の検出値に基づいて冷却系の故障診断を行う。本構成によれば運転状態にかかわらず温度を正確に推定できるので、冷却系の異常をより確実に検出できる。
【００１１】
また本発明では、サーモスタットが開き始める所定温度１に前記検出水温が達したときに、前記推定水温が前記所定温度１よりも高い所定温度２以下であればサーモスタットが正常であると判断する。本構成によれば、サーモスタットが正常に動作していることを正確に診断できる。
【００１２】
また本発明によれば、サーモスタットが開く直前の所定温度１より低い所定温度３に前記推定水温が達したとき、前記検出水温が前記所定温度３よりも若干低い所定温度４以下であればサーモスタットが異常（開故障）であると判断する。本構成によれば、サーモスタットの故障によるオーバークールによる排気および燃費悪化を防止することができる。
【００１３】
また本発明では、サーモスタットが開いた状態にて前記所定温度１よりも高い所定温度５に前記推定水温が達したとき、前記検出水温が前記所定温度５よりも若干高い所定温度６以上であるときにサーモスタットの異常(閉故障)もしくは冷却系から熱を放出する放熱装置の異常と判断する。本構成によれば、サーモスタットの故障によるオーバーヒートを検出し、機関の焼きつき等の故障を防止できる。
【００１４】
また本発明では、サーモスタットが閉じた状態にて前記所定温度１よりも低い所定温度７に前記検出温度が達したとき、前記推定水温が前記所定温度７よりも低い所定温度８以下であるときに冷却媒体の液量不足あるいは冷却媒体のもれと判断する。本構成によれば冷却媒体の液量不足による焼きつき等の故障を防止できる。
【００１５】
また本発明では、前記温度推定装置の推定精度を求め、前記推定精度が所定値以下の場合は診断を禁止する。あるいは、前記水温推定装置により前記サーモスタットが開いたままの開故障のときの冷却媒体温度である故障時冷却媒体温度と前記サーモスタットが正常なときの冷却媒体の温度である正常時冷却媒体温度を推定し、前記異常時冷却媒体温度と前記正常時冷却媒体温度の差が所定値以下である場合にサーモスタットの診断を禁止する。あるいは、前記温度検出器による検出温度と前記温度推定装置による冷却媒体の推定温度との相関に基づいて前記温度検出器の故障を判定する。あるいは、前記温度検出器の故障判定時には前記検出水温を用いた診断を禁止する。本構成によれば、誤診断を適切に防止することでより確実に冷却系の診断ができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。図１に自動車に搭載された内燃機関（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により冷却媒体であるクーラント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を開きクーラントを循環流路Ａでラジエター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でラジエター４をバイパスすることで放熱量を低下させる。なおクーラントの熱は運転室内を暖めるヒータ５の熱源として用いられたり、電子スロットル（図示せず）や自動変速機（図示せず）などを暖めるために用いられる事もあるが、後述するように本発明の診断装置ではこれらの要素を温度推定装置に加味することによりさらに診断精度を向上することができる。またクーラントの温度を測定する温度検出器６の位置は大抵図１に示したようにクーラント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クーラントがエンジン２に流入する入口側に設置されているが、これに関してもクーラントがエンジンから流出する出口側に設置しても良い。なお本発明の冷却系の温度推定装置あるいは冷却系の診断装置は図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。
【００１７】
図２はエンジン暖機中におけるクーラント温度検出値の一例であり、サーモスタットが正常時と開故障時における測定結果を示す。この図から開故障には水温上昇が遅れること、正常品でも運転負荷が軽いと水温上昇が遅くなること、また温度上昇速度は運転状態によってかわることが確認できる。このため従来の発明では、エンジンに供給した燃料量の発熱量と外気温度と車速風により決まる放熱量を積算することで水温を推定していた。しかしエンジンに投入した熱量は、全て冷却系に伝わる訳ではない。すなわち図３に示したようにインジェクタから噴射された燃料が持つ熱（Ｑ１ａ：供給熱）が燃焼して燃焼熱Ｑ１ｂとなり、その一部が正味仕事（Ｗｐ：軸出力）、また一部は排気熱Ｑｅｘとして大気中に放出され、残りの一部がエンジンブロックを加熱し水温の変化に寄与する冷却損失熱Ｑａｄｄとなるのであり、供給熱Ｑ１ａと冷却損失熱Ｑａｄｄの関係は一意ではない。ここで冷却損失熱Ｑａｄｄと供給熱量Ｑ１ａの比を冷却損失ＩＴＡＨとし、図４にこの冷却損失を実験により求めた一例を示す。図４に示すように冷却損失熱Ｑａｄｄは負荷が高くなる程大きくなっているものの、冷却損失ＩＴＡＨは逆に小さくなっていることがわかる。これは水温の上昇に寄与する燃料パルス幅や吸入空気量を単純に積算するだけではブロックの加熱熱量を正確に推定できないことを示している。そこで本発明では診断精度を向上するため冷却損失を加味する。このためには図５に示すような運転負荷と回転数に関する冷却損失ITAHのマップを例えば用意し、投入燃料量と冷却損失ＩＴＡＨを積算することで冷却損失熱を求めればよい。なお冷却損失は回転数と負荷の他にも、例えば機関運転中の出力や排気温度に影響を受ける。そこで一層の精度向上のためには燃料噴射時期，点火時期，ＥＧＲ量，空燃比，燃料成分，バルブタイミングなどの燃焼に影響を与えるパラメータをもとに冷却損失ＩＴＡＨを補正するとよい。この一例として図６に点火時期と冷却損失ＩＴＡＨの関係を示す。図６では回転数にかかわらず、リタード（遅角）量が通常点火時期から２０度を超えたあたりで急激に冷却損失が増加する事が確認できる。従って通常点火時期に対する冷却損失ITAHを点火時期のリタード量によって補正することにより、冷却損失熱をより正確に求めることができる。以上の結果より冷却系の温度推定装置では、回転数と負荷および点火時期のリタード量より冷却損失をもとめることが出来るが、同様にしてＥＧＲ量，空燃比，燃料成分などによってさらに冷却損失を補正することでさらなる精度向上が可能である。
【００１８】
次にエンジンブロックとクーラントとの熱交換について説明する。熱は瞬時に物体から物体に伝達する訳ではない。図７にクーラントとエンジンブロックの間の熱流を模式的に示した。図３で説明した冷却損失熱Ｑａｄｄは主にエンジンブロックから外気への放出熱Ｑ３とクーラントへの熱交換ＱＴＷＮＡＤＤとエンジンブロックを暖める熱量ＱＥＮＧとなる。この放出熱Ｑ３はエンジンブロック温度と外気温度の差に比例して増加し、外気の流れ（走行風）の影響を受ける。また熱交換量ＱＴＷＮＡＤＤはエンジンブロック温度とクーラント温度の差に比例して増加し、クーラントの流速の影響を受ける。従って、エンジンブロック温度とクーラント温度の差に応じて放出熱Ｑ３を計算し、さらに走行風による補正をすることでより精度よく放出熱Ｑ３を求めることができる。また熱交換量ＱＴＷＮＡＤＤはエンジンブロック温度とクーラント温度の差に応じて求め、さらにクーラントの流速による補正により精度良く熱交換量ＱＴＷＮＡＤＤを求めることができる。一方、放出熱Ｑ４は燃焼室側への放出熱を示し、これは燃料カット中に新気がシリンダ内を通過するときに奪う熱量を表している。これに関しても、同様にエンジンブロック温度とクーラントの温度の差から求めることができ、さらに新気の吸入量による補正により推定精度が向上できる。また推定／診断精度をさらに向上するためにはエンジンブロック以外の放熱を考慮すれば良い。図８に冷却系の主な放熱源について示す。Ｑ３およびＱ４は前述のエンジンブロックから外気への放出熱およびエンジンブロックから燃焼室内への放熱を示しているが、診断精度向上のためにはこの他にもラジエターでの放出熱Ｑ５やヒータでの放出熱Ｑ６、これらの要素を考慮してクーラント温度を推定しても良い。以上の結果を踏まえて図９（ａ），図９（ｂ）及び図１０にサーモスタットが正常であるときのクーラント温度の推定を行った結果の一例を示す。ここで図９の横軸は検出したクーラント温度（検出水温）、縦軸は推定により得られるクーラント温度（推定水温）である。図９（ａ）は冷却損失を一定としてクーラント温度を演算した結果である。これは従来のエンジンの発熱量を単純に積算した場合と同等の結果であり、走行負荷が違うと水温が正確に推定できないことが確認できる。次に図９（ｂ）に冷却損失ＩＴＡＨを加味してクーラント温度を推定した結果をしめす。図９（ａ）と比較して推定精度が向上しているが、走行負荷によっては正常品と開故障品の温度差がなくなり、まだ推定精度としては不十分である。そこでさらに冷却損失ＩＴＡＨに加え熱交換量ＱＴＷＮＡＤＤと放出熱Ｑ３を考慮した結果を図１０に示す。この結果は、推定値と実測値（検出値）がほぼ一致し、正確なクーラント（冷却媒体）温度の推定ができることを示す。
【００１９】
次に冷却系を診断する方法を開示する。図１１は本発明の診断装置のブロック図を示す。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、クーラント温度推定部Ｂ１００２に推定ブロック温度を渡す。クーラント温度推定部Ｂ１００２は推定したクーラント温度と推定ブロック温度の差からクーラントへの熱交換量を演算してクーラント温度を演算し、熱交換量をエンジンブロック温度推定部に渡す。クーラント温度推定部Ｂ1002で推定されたクーラント温度と実際に検出したクーラント温度検出値を元にサーモスタット異常診断部Ｂ１００３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。同様に冷却水異常判定部Ｂ１００４では推定したクーラント温度（推定水温）が検出したクーラント温度（検出水温）よりも極端に大きい場合などはクーラントが不足していると判定し、冷却水不足判定信号を出力する。また水温センサ異常判定部Ｂ１００５では推定水温と検出水温の相関を演算し、相関が小さい場合には水温センサが故障していると判定し、水温センサ判定信号を出力する。
【００２０】
まず最初に図１２から図２０をもちいて、サーモスタットの開故障を診断する方法について説明する。図１２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１３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１４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。なお同様な考え方でラジエターやヒータでの放熱量も演算できる。次に図１５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１６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、吸入空気量がおおきいほど放出熱量Ｑ４は大きくなる。なお図１３，図１５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。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)とクーラント温度（ＴＷＮＥＳ）を演算する方法について説明する。図１７にクーラント温度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１２〜図１６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と同じく演算したクーラント温度推定値ＴＷＥＮＳの差と放熱係数ＫＣからクーラント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とクーラントの熱容量ＤＣからクーラント温度推定値ＴＷＮＥＳを演算する。ここで図１８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はクーラントの流速に応じて大きくなるが、流速の代わりに、ここではクーラント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。
【００２１】
次に図１９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。図２０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。
【００２２】
誤診断を防止するためには水温推定精度を診断許可条件の一つとして採用することが望ましい。これは本発明の水温推定装置は全ての放熱量を加味している訳ではなく、ヒータやラジエター漏れなどによる放熱を水温推定における誤差要因として持っているためである。そしてこの誤差の大きさは放熱量の積算すなわち時間が長ければ長いほど拡大する。従って図２１に示すように水温推定精度をエンジン始動からの経過時間が長ければ長いほど小さくなるとして、水温推定精度が所定値以下となる場合は診断を禁止することで誤診断を防止できる。
【００２３】
あるいは運転状態を監視し、前記誤差要因が拡大する運転状態の頻度が増加するほど推定精度を低下させるようにしても良い。
【００２４】
一方、図２２に診断精度と始動後経過時間を示す。開故障を診断するためにはラジエター（放熱装置）での放熱量が水温推定誤差分よりも大きくなければならない。そこで診断精度として、例えば開故障時（冷却媒体が放熱装置を循環する場合）と正常時（冷却媒体が放熱装置をバイパスする場合）のそれぞれの水温推定値の差を採用し、診断精度が所定値以上でなければ正常時と開故障時の温度差が少ないとして診断を禁止することができる。また、より単純にはこれらは始動後経過時間の関数であり、始動後経過時間が所定値よりも短ければ診断精度不足として、逆に始動時経過時間が所定値よりも長ければ水温推定精度不足として診断を禁止しても良い。
【００２５】
次に図２３を用いてサーモスタットの閉故障あるいは放熱器の異常（放熱量低下）を診断する方法を説明する。図２３にはＯＫ品とＮＧ品（閉故障）の温度挙動を示している。図２３に示したように、サーモスタットが閉じっぱなしとなるとラジエータ（放熱装置）における放熱が行われずに実測水温は上昇し続ける。本発明の推定装置によって、放熱流路にクーラントが流れない場合の温度を推定し、サーモスタットが開いている温度に水温推定値が達したときに、実測温度が所定値以上であればサーモスタットが閉故障あるいは放熱装置の放熱量が低下したと診断する。またこのときの診断結果に基づいて水温を下げるため高負荷運転を禁止するなどしてオーバーヒートを防止することが望ましい。
【００２６】
次に図２４により機関を流れるクーラント量の不足を診断する方法を説明する。図２４に示すようにクーラント量が低下するとクーラントの熱容量が小さくなるためクーラントの温度（検出水温）は推定水温よりも早く上昇する。従ってサーモスタットが正常であれば閉じている温度領域において、温度検出装置によって検出された温度（検出水温）が所定値に達したときの推定水温が所定値よりも小さかったら冷却水不足と診断する。この場合はＭＩＬを点灯し、クーラントの異常をユーザ（運転者）に提示することが望ましい。
【００２７】
最後に図２５を用いて、温度検出器を診断する方法を説明する。図２５は機関始動後からの推定水温と検出水温の温度プロフィールを示した。ここに示したように推定値と検出値は温度検出器が正常であれば、多少の誤差はあるものの推定値と検出値の相関は大きい。しかし温度検出器が故障すると図２５に示すように温度推定値と実測値の挙動が一致しなくなるため相関が小さくなる。そこで、正常であればサーモスタットが閉じている領域で水温の推定値と検出値の相関を演算し、この値が所定値よりも小さければ温度検出器の異常と診断できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によるとエンジンへの供給熱から冷却媒体に伝わる熱量を精度良く求めることができるため、冷却媒体あるいはエンジンブロックの温度変化を運転条件に関わらず正確に推定できる。また本発明の冷却系の温度推定装置による推定水温と温度検出器による検出水温とに基づいた診断により、サーモスタットや温度検出器などの冷却系の異常を低コストで正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すシステム図。
【図２】エンジン暖気中の水温プロフィール。
【図３】燃料の熱収支を示す図。
【図４】負荷条件違いの熱流量を示す図。
【図５】冷却損失マップ。
【図６】点火時期と冷却損失の関係を示す図。
【図７】クーラントとエンジンブロック間の熱流を示す模式図。
【図８】冷却系の主な放熱源。
【図９】冷却媒体温度の推定結果例。
【図１０】冷却損失および熱交換を考慮して冷却媒体温度を推定した結果の例。
【図１１】冷却媒体温度推定器を用いた冷却系診断装置のブロック図。
【図１２】燃料からの加熱量を演算するブロック図。
【図１３】ブロックからの放熱量を演算するブロック図。
【図１４】車速から放熱係数を計算するマップ。
【図１５】燃料カット時の放熱量を演算するブロック図。
【図１６】吸入空気量から放熱係数を計算するマップ。
【図１７】クーラント温度およびブロック温度を推定するブロック図。
【図１８】エンジン回転数から熱交換係数を計算するマップ。
【図１９】サーモスタットの開故障を判定する方法の説明図。
【図２０】開故障を判定するためのフローチャート。
【図２１】水温推定精度と始動後経過時間の関係を示す図。
【図２２】診断精度と始動後経過時間の関係を示す図。
【図２３】サーモスタットの閉故障を判定する方法の説明図。
【図２４】冷却水不足を判定する方法の説明図。
【図２５】温度検出器の故障を判定する方法の説明図。
【符号の説明】
１…ウォータポンプ、２…内燃機関、３…サーモスタット、４…ラジエター、５…ヒータ、６…温度検出器、７…ＥＣＵ。

Claims

エンジンを冷却する冷却媒体と、前記冷却媒体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、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熱量である冷却損失熱を求めることにより、前記冷却媒体の温度を推定するものであって、前記エンジンのエンジンブロック温度と冷却媒体の温度の差に基づいて前記冷却損失熱の一部であるエンジンブロックと冷却媒体の間の熱交換量を求め、これに基づいて前記冷却媒体の温度を推定することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項１に記載の冷却系の温度推定装置において、前記冷却損失熱は前記供給熱からエンジンの発生する動力（軸出力）および排気に逃げる熱量である排気熱分を除いた熱量であることを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項１又は２のいずれかに記載の冷却系の温度推定装置において、前記冷却損失熱を少なくとも、燃料噴射タイミング，バルブタイミング，点火リタード量，ＥＧＲ量，外気圧，冷却媒体温度，トランスミッションのオイル温度の一つにもとづいて補正することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項１から３のいずれかに記載の冷却系の温度推定装置において、前記エンジンのエンジンブロック温度と冷却媒体の温度の差に基づいて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ことを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項４において、単位時間内にエンジンに流入する冷却媒体の流量に基づいて前記熱交換量を補正することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項１から５のいずれかに記載の冷却系の温度推定装置において、前記エンジンブロックの温度及びエンジンの周辺温度（外気温度）の差に基づいてエンジンブロックから大気中に放出される熱である放出熱を求め、前記放出熱を走行風により補正することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項１に記載したものにおいて、前記エンジンブロックの温度とエンジンの周辺温度の差又はエンジンブロック温度と外気温度の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熱である放出熱を求め、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、エンジン始動時の冷却媒体温度あるいは外気温度と、エンジンブロックの熱容量と、前記冷却損失熱から前記放出熱および前記熱交換量を除いたものを積算したエンジンブロック熱量積算値と、を用いてエンジンブロックの温度を求め、エンジン始動時の冷却媒体温度あるいは外気温度と、冷却媒体の熱容量と、前記熱交換量を積算した冷却媒体熱量積算値と、を用いて冷却媒体の温度を求めることを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項７に記載の冷却系の温度推定装置において、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、前記冷却媒体の温度を制御するサーモスタットを備え、前記温度推定装置による冷却媒体の温度推定値である推定水温と前記温度検出器により検出される冷却媒体の検出値である検出水温に基づいて冷却系の故障診断を行うことを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項８に記載の冷却系の温度推定装置において、サーモスタットが開き始める所定温度１に前記検出水温が達したときに、前記推定水温が前記所定温度１よりも高い所定温度２以下であればサーモスタットが正常であると判断することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項８に記載の冷却系の温度推定装置において、サーモスタットが開く直前の所定温度１より低い所定温度３に前記推定水温が達したとき、前記検出水温が前記所定温度３よりも低い所定温度４以下であればサーモスタットが異常（開故障）であると判断することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項８に記載の冷却系の温度推定装置において、サーモスタットが開いた状態にて前記所定温度１よりも高い所定温度５に前記推定水温が達したとき、前記検出水温が前記所定温度５よりも若干高い所定温度６以上であるときにサーモスタットの異常（閉故障）もしくは冷却系から熱を放出する放熱装置の異常と判断することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項８に記載の冷却系の温度推定装置において、サーモスタットが閉じた状態にて前記所定温度１よりも低い所定温度７に前記検出温度が達したとき、前記推定水温が前記所定温度７よりも低い所定温度８以下であるときに冷却媒体の液量不足あるいは冷却媒体のもれと判断することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項８に記載の冷却系の温度推定装置において、前記温度推定装置の推定精度を求め、前記推定精度に基づいてサーモスタットの診断を禁止することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項１３に記載の冷却系の温度推定装置において、前記推定精度はエンジン始動時からの経過時間および運転状態の少なくともいずれかに基づいて求める事を特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項８に記載の冷却系の温度推定装置において、前記サーモスタットの診断は、エンジン始動から所定時間経過後は、前記診断を禁止することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項８に記載の冷却系の温度推定装置において、前記温度装置により前記サーモスタットが開いたままの開故障のときの冷却媒体温度である故障時冷却媒体温度と、前記サーモスタットが正常なとき冷却媒体の温度である正常時冷却媒体温度を推定し、前記異常時冷却媒体温度と前記正常時冷却媒体温度の差が所定値以下である場合にサーモスタットの診断を禁止することを特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項８に記載の冷却系の温度推定装置において、前記検出水温と前記推定水温と始動後の経過時間に対する温度変化の相関に基づいて前記温度検出器の故障を判定する事を特徴とする冷却系の温度推定装置。
請求項１７に記載の冷却系の温度推定装置において、前記温度検出器の前記温度変化の相関が少ない故障判定時には前記検出水温を用いた診断を禁止する事を特徴とする冷却系の温度推定装置。