JP2004251186A - Device for diagnosing failure of cooling water temperature sensor for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の冷却水の温度を検出するセンサの故障を診断する故障診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両にはラジエータが搭載され、内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ)は、ラジエータから供給される冷却水によって冷却される。エンジンには、該冷却水の温度を検出するセンサ(以下、エンジン水温センサと呼ぶ)が設けられている。エンジン水温センサによって検出された温度は、エンジンの様々な制御に用いられる。エンジン水温が正確に検出されないと、エンジンを適切に制御することができない。
【0003】
エンジン水温センサを故障を検出する手法の一例は、エンジン水温センサの検出値を所定時間にわたってモニターする。検出値が所定範囲を超えて変化したならば、該センサは正常であると判定する。該検出値の変化が該所定範囲内に収まるならば、該センサは故障していると判定する(例えば、特許文献1を参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2000−45851号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
エンジン水温がほとんど変化しない運転が行われることがある。このような熱平衡状態にあるエンジンを停止した後に再びエンジンを始動したとき、同様の熱平衡状態の運転が行われると、エンジン水温センサがほとんど変化しないことがある。従来の手法によると、このような熱平衡状態においては、正常なエンジン水温センサを誤って故障と判定するおそれがある。
【0006】
したがって、熱平衡状態においても、エンジン水温センサの故障をより正確に判定することのできる故障診断装置が必要とされている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に従う故障診断装置は、車両に搭載された内燃機関の冷却水の温度を検出するセンサと、内燃機関が始動してからの所定時間を計測するタイマを備える。故障診断装置は、内燃機関の燃料噴射量に基づいて、該内燃機関で発熱する熱量を算出する。内燃機関の発熱量に基づいて、該内燃機関の冷却損が算出される。該発熱量から該冷却損を減算することにより、有効熱量が算出される。上記所定時間にわたって有効熱量を積算し、有効積算熱量を求める。上記の所定時間が経過した時の有効積算熱量が所定範囲外にある時に、センサの検出値の変化量が所定値より小さければ、センサが故障していると判定する。
【0008】
この発明によると、発熱量に基づいて冷却損を算出することにより、熱平衡状態にある時の冷却損が正確かつ簡単に算出される。したがって、有効積算熱量が所定範囲内にあるかどうかを調べることにより、エンジンが熱平衡状態にあるかどうかを正確に判断することができる。熱平衡状態にない時にエンジン水温の変化が小さければ、エンジン水温センサの故障と判定されるので、正常なエンジン水温センサを誤って故障と判定することを回避することができる。
【0009】
本発明の一実施形態では、故障診断装置は、さらに、上記の所定時間におけるセンサの検出値の最大値および最小値の差を算出する。該所定時間が経過した時の有効積算熱量が所定範囲外にあるときに、該最大値および最小値の差が所定値より小さければ、センサが故障していると判定する。
【0010】
この発明によれば、エンジン水温の最大値と最小値を検出することにより、エンジン水温センサによって検出可能なエンジン水温の変動幅をより正確に取得することができる。したがって、エンジン水温センサの故障をより正確に検出することができる。
【0011】
本発明の一実施形態では、冷却損は、内燃機関が搭載された車両の車速に応じて補正される。車速による補正により、冷却損を、より正確に算出することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図1は、この発明の実施形態に従う内燃機関(以下、「エンジン」という)およびその制御装置の全体的なシステム構成図である。
【0013】
電子制御ユニット(以下、「ECU」)という)5は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース5a、車両の各部の制御を行うための演算を実行するCPU5b、読み取り専用メモリ(ROM)およびランダムアクセスメモリ(RAM)を有するメモリ5c、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース5dを備える。メモリ5cのROMには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明に従う故障診断を実現するためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびテーブルは、このROMに格納されている。ROMは、EEPROMのような書き換え可能なROMでもよい。RAMには、CPU5bによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、RAMに一時的に記憶される。
【0014】
エンジン1は、たとえば4気筒を備えるエンジンである。吸気管2が、エンジン1に連結されている。吸気管2の上流側にはスロットル弁3が設けられている。スロットル弁3に連結されたスロットル弁開度センサ(θTH)4は、スロットル弁3の開度に応じた電気信号を、ECU5に供給する。
【0015】
スロットル弁3をバイパスする通路21が、吸気管2に設けられている。エンジン1に供給する空気量を制御するためのバイパス弁22が、バイパス通路21に設けられている。バイパス弁22は、ECU5からの制御信号に従って駆動される。
【0016】
燃料噴射弁6は、エンジン1とスロットル弁3の間であって、吸気管2の吸気弁(図示せず)の少し上流側に各気筒毎に設けられている。燃料噴射弁6は、燃料ポンプ(図示せず)に接続され、該燃料ポンプを介して燃料タンク(図示せず)から燃料の供給を受ける。燃料噴射弁6は、ECU5からの制御信号に従って駆動される。
【0017】
吸気管圧力(Pb)センサ8および吸気温(Ta)センサ9は、吸気管2のスロットル弁3の下流側に設けられている。Pbセンサ8およびTaセンサ9によって検出された吸気管圧力Pbおよび吸気温Taは、それぞれECU5に送られる。
【0018】
エンジン水温(Tw)センサ10は、エンジン1のシリンダブロックの、冷却水が充満した気筒周壁(図示せず)に取り付けられる。Twセンサ10によって検出されたエンジン冷却水の温度Twは、ECU5に送られる。
【0019】
回転数(Ne)センサ13は、エンジン1のカム軸またはクランク軸(共に図示せず)周辺に取り付けられる。Neセンサ13は、たとえばピストンのTDC位置に関連したクランク角度で出力されるTDC信号パルスの周期よりも短いクランク角度(たとえば、30度)の周期で、CRK信号パルスを出力する。CRK信号パルスは、ECU5によってカウントされ、エンジン回転数Neが検出される。
【0020】
エンジン1の下流側には排気管14が連結されている。エンジン1は、排気管14を介して排気する。排気管14の途中に設けられた触媒装置15は、排気管14を通る排気ガス中のHC、CO、NOxなどの有害成分を浄化する。
【0021】
広域空燃比センサ(LAF)センサ16は、触媒装置15の上流に設けられている。LAFセンサ16は、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比領域において、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出する。検出された酸素濃度は、ECU5に送られる。
【0022】
エンジン1が搭載される車両のドライブシャフト(図示せず)の付近には車速(VP)センサ17が搭載され、車輪が1回転するごとにパルスを出力し、これをECU5に送る。VPセンサ17の出力に基づいて、ECU5は車速を検出する。
【0023】
ECU5に向けて送られた信号は入力インターフェース5aに渡され、アナログ−デジタル変換される。CPU5bは、変換されたデジタル信号を、メモリ5cに格納されているプログラムに従って処理し、車両のアクチュエータに送るための制御信号を作り出す。出力インターフェース5dは、これらの制御信号を、バイパス弁22、燃料噴射弁6およびその他の機械要素のアクチュエータに送る。
【0024】
エンジン水温センサがほとんど変化しない状況は2つ考えられる。1つめは、エンジン水温センサが固着している場合である。固着は、センサが、エンジン水温の変化に応答しない状態を示し、たとえば断線またはショートに起因して生じることがある。固着は、本願発明に従う故障診断装置によって典型的に検出される故障である。
【0025】
2つめは、エンジン水温センサが正常であるにもかかわらず熱平衡状態にある場合である。熱平衡状態は、エンジンでの燃焼によって発せられる熱量と、冷却損とが平衡している状態を示す。冷却損は、たとえば、風およびヒーター等の外的要因によって損なわれる熱量を示す。熱平衡状態においては、“熱量−冷却損”によって表される有効熱量がほぼゼロであるので、エンジン水温はほとんど変動しない。
【0026】
従来の手法によると、エンジン水温がほとんど変化しない状況が検出されると、エンジン水温センサが故障していると誤って判定される。しかしながら、本発明の故障診断装置によれば、このようなエンジン水温の小さな変動幅が検出された場合には、エンジンが熱平衡状態にあるかどうかが調べられる。熱平衡状態と判断された場合には、エンジン水温センサについての故障判定が保留(または禁止)される。したがって、正常なエンジン水温センサを誤って故障と判定することを回避することができる。
【0027】
図2は、この発明の一実施形態に従う、エンジン水温センサの故障診断装置の機能ブロック図を示す。これらの機能ブロック図で表される機能は、典型的には、メモリ5c(図1)に記憶されたコンピュータプログラムによって実現される。
【0028】
運転状態検出部31は、図1に示される各種センサからの検出値を受け取る。変化量検出部32は、エンジン水温センサ10の検出値Twの変化量を算出する。変化量は、|Twの最大値−Twの最小値|によって算出される。診断部33は、変化量が第1の基準値より大きければ、エンジン水温センサ10は正常であると判定する。エンジン水温センサに故障(典型的には、固着)が生じていれば、このような変化は生じないからである。
【0029】
タイマ34によって所定時間Ptimeが計測される。所定時間Ptimeが経過する前は、冷却損推定ブロック35によって冷却損CLが推定される。冷却損推定ブロック35は、さらに機能ブロック36〜39を含む。
【0030】
第1の熱量算出部36は、エンジンでの燃焼によって発する単位時間あたりの熱量Qを算出する。熱量Qを、単位時間あたりの燃料噴射量によって近似することができる。単位時間あたりの燃料噴射量は、「基本燃料噴射量TIM×単位時間あたりの噴射回数」によって算出される。ここで、基本燃料噴射量TIMは、燃料噴射弁6(図1)によって1回に噴射される燃料量を示しており、典型的には、エンジン回転数NEおよび吸気管圧力PBに従って決定される。単位時間あたりの噴射回数は、回転数NEに基づいて算出されることができる。単位時間は、任意の適切な値に設定することができる(例えば、1TDCサイクル等)。
【0031】
車両によっては、算出された熱量Qに対し、吸気管圧力PB等によってさらなる補正を行ってもよい。
【0032】
代替的に、熱量Qを、他の適切な方法で算出してもよい。例えば、シリンダに供給される空気量を検出または推定して、熱量Qを算出してもよい。
【0033】
第1の積算器37は、所定時間Ptimeにわたって熱量Qを積算し、積算熱量QTTLを算出する。平均部38は、積算熱量QTTLを該所定時間Ptimeで除算することによって、単位時間あたりの平均熱量QAVEを算出する。
【0034】
冷却損算出部39は、熱平衡状態という条件の下で、単位時間あたりの冷却損を算出する。熱平衡状態は、発熱量と冷却損がほぼ等しい状態にあることを示すので、冷却損CLを、平均熱量QAVEで近似することができる。エンジンが熱平衡状態にあれば、冷却損CLは良好な精度で推定される。
【0035】
所定時間Ptimeが経過したならば、熱平衡状態ブロック40によって、エンジンが熱平衡状態にあるかどうかが判断される。熱平衡状態ブロック40は、さらに機能ブロック41〜43を含む。
【0036】
第2の熱量算出部41は、第1の熱量算出部36と同様のやり方で、単位時間あたりの発熱量Qを算出する。有効熱量算出部42は、冷却損推定ブロック35から冷却損CLを受け取る。有効熱量算出部42は、熱量Qから冷却損CLを減算することによって、有効熱量を算出する。
【0037】
第2の積算器43は、前回のサイクルで算出された有効積算熱量QRFに有効熱量(Q−CL)を加算する。エンジンが熱平衡状態にあれば、有効熱量(Q−CL)はほぼゼロに近い値を持つので、有効積算熱量QRFは、ほとんど変化しない。したがって、有効積算熱量QRFが所定範囲内に収まるということは、熱平衡状態が成立していることを示す。熱平衡状態においてはエンジン水温センサ10について正確な故障判定を行うことができないので、診断部33は、故障判定を保留(または禁止)する。
【0038】
一方、実際にエンジン水温センサ10が固着しており、かつ熱平衡状態になければ、平均熱量QAVEと現在の発熱量Q(第2の熱量算出部41によって算出される)に差が生じる。冷却損CLは平均熱量QAVEによって近似されるので、有効熱量(Q−CL)は実質的な値を持つこととなり、有効積算熱量QRFは所定範囲を超えて変動する。この場合、熱平衡状態でないにもかかわらずエンジン水温が変動しないので、診断部33は、エンジン水温センサ10が故障していると判定する。
【0039】
図3は、熱平衡状態における、本願発明の一実施形態に従う故障診断装置の挙動の一例を示す図である。
【0040】
前回の運転サイクルではエンジン水温Twがほぼ一定であり、これは、エンジンが熱平衡状態にあることを示す。時間t0においてイグニションスイッチがオフにされると、エンジンが停止する。それに応じて、エンジン水温Twは低下する。
【0041】
時間t1において、再びイグニションスイッチがオンにされ、今回の運転サイクルが開始される。エンジンが始動されるので、エンジン水温Twは上昇する。時間t2から、エンジン水温Twはほぼ一定となり、熱平衡状態に至る。
【0042】
エンジン始動から所定時間Ptimeにわたり、平均熱量QAVEが算出され、該平均熱量QAVEによって冷却損CLが近似される。冷却損CLは、車速VPで補正されるのが好ましい。
【0043】
エンジン水温Twがほとんど変動しないので、故障している可能性がある。そこで、所定期間Ptimeが経過した後、熱平衡状態にあるかどうかが判断される。有効熱量(Q−CL)に基づいて算出される有効積算熱量QRFが、TRQおよびTFQによって規定される所定範囲内に収まっているので、熱平衡状態と判断される。したがって、エンジン水温センサ10についての故障判定は保留される。
【0044】
従来の手法によれば、図3に示されるような熱平衡状態では、エンジン水温センサが固着していると判定される。本願発明によれば、そのような誤った判定を回避することができる。
【0045】
網掛けで示されている領域43は、固着領域を示す。エンジン水温Twが該固着領域43を超えて変動すれば、エンジン水温センサ10は正常と判定される。
【0046】
エンジン水温センサの検出値はデジタル値に変換される。このデジタル値には、接地電圧レベルの変動およびアナログ−デジタル変換等に起因するノイズが含まれる。このようなノイズを考慮して、固着領域43の幅wを設定するのが好ましい。本願発明の一実施形態では、幅wは所定のビット数(たとえば、3ビット)で表される。
【0047】
一例として、エンジン水温の基準値TW0が、デジタル値「3A」に変換されたと仮定する。変換は、所定のルールに基づいて行われることができる。デジタル値「3A」に対して3ビット低いデジタル値は、「37」である。その後に、デジタル値「37」より小さいデジタル値に対応するエンジン水温が検出されたならば、エンジン水温センサ10は正常と判定される(たとえば、その後に検出されたエンジン水温が「33」ならば、基準値からの変化量は7ビットであり、これは幅w(3ビット)より大きいので、エンジン水温センサは正常と判定される)。幅wをビット数で表すことにより、ECU5によって実行される診断処理を簡略化することができる。
【0048】
固着領域43の幅wをビット数で表す場合、アナログの温度検出値をデジタル値に変換するルールは、該幅wを考慮して規定される。たとえば、幅wが3ビットの場合、デジタル値の変化が3ビット以下ならば、エンジン水温センサが故障していると確実に判定することができるように、アナログ温度検出値に対するデジタル値の割り当てが行われる。
【0049】
図4は、図2に示される故障診断装置によって実行されるフローチャートの一例である。該フローチャートは、エンジンが始動した後、一定の時間間隔で実行される。
【0050】
ステップS1において、エンジン水温センサ10から、現在のエンジン水温Twを取得する。ステップS2において、エンジン水温Twが、メモリ5c(図1)に記憶されている最大値より大きければ、該最大値をエンジン水温Twで更新する(S3)。ステップS4において、エンジン水温Twが、メモリ5cに記憶されている最小値より小さければ、該最小値をエンジン水温Twで更新する(S5)。
【0051】
ステップS6において、最大値と最小値の偏差が第1の基準値より大きいかどうかを判断する。ステップS6の判断がYesならば、エンジン水温が変動していることを示し、エンジン水温センサ10は正常と判定する(S7)。
【0052】
前述したように、一実施形態では、該第1の基準値は固着領域43の幅wに対応する。該幅wをビット数で表すことができ、例えば3ビットである。この場合、エンジン水温の最大値と最小値の2つのデジタル値の差が3ビットより大きければ、エンジン水温センサ10は正常と判定される。
【0053】
ステップS6の判断がNoならば、タイマ値を調べて、所定時間Ptimeが経過したかどうかを判断する。タイマの初期値はゼロである。所定時間Ptimeが経過するまではステップS8の判断がNoであり、ステップS9において、タイマ値をインクリメントする。
【0054】
ステップS10において、単位時間あたりの発熱量Qを、前述したように、単位時間あたりの燃料噴射量に基づいて算出する。一例として、単位時間は、該フローチャートが実施されるサイクルタイムに設定される。該サイクルタイムをS_Timeで表すと、“基本燃料噴射量TIM×回転数NE/S_time”に従って算出される値で、熱量Qを近似することができる。
【0055】
ステップS11において、前回の積算熱量QTTL(k−1)に、ステップS10で算出された熱量Qを加算して、今回の積算熱量QTTL(k)を算出する。ここで、kは、サイクルを識別する識別子である。ステップS12において、積算熱量QTTL(k)をタイマ値で除算することにより、平均熱量QAVEを算出する。
【0056】
ステップS13において、平均車速VAVEを算出する。たとえば、車速センサ17によって検出された車速VPの積算値をタイマ値で除算することにより、平均車速VAVEを算出することができる。
【0057】
ステップS14において、平均熱量QAVEを、平均車速VAVEに応じた車速補正値KVAVEで除算することにより、冷却損基本値CLBASEを算出する。
【0058】
図5に、メモリ5cに記憶される車速補正テーブルの一例を示す。平均車速VAVEに基づいて該テーブルを参照することにより、該平均車速VAVEに対応する車速補正値KVAVEを取得することができる。
【0059】
ステップS12の平均熱量は、移動平均法を用いて算出してもよい。一例として、平均熱量QAVE(k)を、“(熱量Q(k−(n−1))+熱量Q(k−(n−2))+,…,+熱量Q(k))/(サイクルタイム×n)”に従って求めることができる。nは、任意の整数である。
【0060】
さらに別の例では、平均熱量QAVE(k)を、“(平均熱量QAVE(k−1)×(n−1)+熱量Q(k))/(サイクルタイム×n)”に従って求めることができる。
【0061】
また、ステップS13の平均車速VAVEを、このような移動平均法を用いて求めてもよい。
【0062】
図4に戻り、所定時間Ptimeが経過したならば、ステップS8の判断がYesとなる。ステップS15において、熱量Q(k)を、ステップS10と同様のやり方で算出する。ステップS16において、冷却損基本値CLBASEに、現在の車速VP(車速センサ17から取得される)に対応する車速補正係数KVAVEを乗算することにより、冷却損CLを算出する。車速補正係数KVAVEは、図5のテーブルを参照することにより取得されることができる。
【0063】
ステップS17において、前回のサイクルで算出された有効積算熱量QRF(k−1)に有効熱量(Q−CL)を加算することにより、今回のサイクルについての有効積算熱量QRF(k)を算出する。
【0064】
ステップS18において、有効積算熱量QRF(k)が所定の上限値TRQより大きければ、熱平衡状態にないと判断される。また、ステップS19において、有効積算熱量QRF(k)が所定の下限値TFQより小さければ、熱平衡状態にないと判断される。これらの場合、熱平衡状態にないにもかかわらずエンジン水温Twが変化しない状況を示すので、エンジン水温センサ10が故障していると判定する(S20)。
【0065】
一方、有効積算熱量QRF(k)が、上限値TRQと下限値TFQの間にあれば、エンジンが熱平衡状態にあると判断され、今回のサイクルにおけるエンジン水温センサ10についての故障判定を保留する。代替的に、今回の運転サイクルにおける故障診断を禁止してもよい。ここで、1運転サイクルは、エンジンの始動から停止までの期間を示す。
【0066】
他の実施形態では、上限値TRQと下限値TFQを、第1の基準値に基づいて所定のテーブルを参照することにより取得することができる。図6は、このようなテーブルの一例を示す。
【0067】
エンジン水温センサおよびエンジンの特性等に応じて、エンジン水温と熱量の間の関係が比例しない場合がある。たとえば、エンジン水温が100℃付近にある場合に2℃変化した時の熱量と、エンジン水温が60℃付近にある場合に2℃変化した時の熱量とが、異なる場合がある。このような場合には、第1の基準値に基づいて図6に示されるテーブルを参照し、現在のエンジン水温に適合した上限値TRQおよび下限値TFQを求めることができる。
【0068】
例えば、検出されたエンジン水温の最大値が高めの場合には、曲線52を参照して上限値TRQ1および下限値TFQ1を求め、検出されたエンジン水温の最大値が低めの場合には、曲線51を参照して上限値TRQ2および下限値TFQ2を求める。検出されたエンジン水温の最大値が、曲線51用に設定されたエンジン水温と曲線52用に設定されたエンジン水温の間に収まる場合には、TRQ1およびTRQ2に基づく線形補間によって上限値TRQを求め、TFQ1およびTFQ2に基づく線形補間によって下限値TFQを求めることができる。
【0069】
代替的に、図6に示されるテーブルを、他の値に基づいて参照することができるように構成してもよい。たとえば、検出されたエンジン水温の最小値、または検出されたエンジン水温の平均値に基づいてテーブルを参照することによって、上限値TRQおよび下限値TFQを求めることができるように、該テーブルを構成することができる。
【0070】
本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用が可能である。
【0071】
【発明の効果】
この発明によれば、熱平衡状態にある場合でも、正常なエンジン水温センサを故障と誤って判定することを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態に従う、エンジンおよびその制御装置を概略的に示す図。
【図2】この発明の一実施形態に従う、エンジン水温センサの故障を診断する装置の機能ブロック図。
【図3】この発明の一実施形態に従う故障診断装置の挙動を示す図。
【図4】この発明の一実施形態に従う、エンジン水温センサの故障を診断するフローチャート。
【図5】この発明の一実施形態に従う、車速補正テーブルを示す図。
【図6】この発明の他の実施形態に従う、熱量の上限値TRQおよび下限値TFQを求めるためのテーブルを示す図。
【符号の説明】
1 エンジン
5 ECU
9 吸気温センサ
10 エンジン水温センサ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a failure diagnosis device that diagnoses a failure of a sensor that detects a temperature of cooling water of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
A radiator is mounted on a vehicle, and an internal combustion engine (hereinafter, referred to as an engine) is cooled by cooling water supplied from the radiator. The engine is provided with a sensor for detecting the temperature of the cooling water (hereinafter, referred to as an engine water temperature sensor). The temperature detected by the engine water temperature sensor is used for various controls of the engine. If the engine water temperature is not accurately detected, the engine cannot be properly controlled.
[0003]
One example of a method of detecting a failure of the engine water temperature sensor monitors a detection value of the engine water temperature sensor for a predetermined time. If the detected value changes beyond a predetermined range, it is determined that the sensor is normal. If the change in the detection value falls within the predetermined range, it is determined that the sensor has failed (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-45851
[Problems to be solved by the invention]
Operation in which the engine water temperature hardly changes may be performed. When the engine in such a thermal equilibrium state is stopped and then restarted, if the same thermal equilibrium state operation is performed, the engine water temperature sensor may hardly change. According to the conventional method, in such a thermal equilibrium state, a normal engine water temperature sensor may be erroneously determined to be faulty.
[0006]
Therefore, there is a need for a failure diagnosis device that can more accurately determine the failure of the engine water temperature sensor even in the thermal equilibrium state.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a failure diagnosis device according to the present invention includes a sensor that detects a temperature of cooling water of an internal combustion engine mounted on a vehicle, and a timer that measures a predetermined time after the internal combustion engine starts. . The failure diagnosis device calculates the amount of heat generated by the internal combustion engine based on the fuel injection amount of the internal combustion engine. The cooling loss of the internal combustion engine is calculated based on the calorific value of the internal combustion engine. The effective heat amount is calculated by subtracting the cooling loss from the heat generation amount. The effective heat quantity is integrated over the above-mentioned predetermined time, and the effective integrated heat quantity is obtained. If the amount of change in the detection value of the sensor is smaller than the predetermined value when the effective integrated heat amount when the predetermined time has elapsed is outside the predetermined range, it is determined that the sensor has failed.
[0008]
According to the present invention, by calculating the cooling loss based on the calorific value, the cooling loss in the thermal equilibrium state can be accurately and easily calculated. Therefore, whether or not the engine is in a thermal equilibrium state can be accurately determined by checking whether or not the effective integrated heat amount is within a predetermined range. If the change in the engine water temperature is small when not in the thermal equilibrium state, it is determined that the engine water temperature sensor has failed. Therefore, it is possible to avoid erroneously determining that the normal engine water temperature sensor has failed.
[0009]
In one embodiment of the present invention, the failure diagnosis device further calculates a difference between the maximum value and the minimum value of the detection values of the sensor during the predetermined time. If the difference between the maximum value and the minimum value is smaller than a predetermined value when the effective accumulated heat amount when the predetermined time has elapsed is outside the predetermined range, it is determined that the sensor has failed.
[0010]
According to the present invention, by detecting the maximum value and the minimum value of the engine water temperature, the fluctuation range of the engine water temperature that can be detected by the engine water temperature sensor can be acquired more accurately. Therefore, a failure of the engine water temperature sensor can be detected more accurately.
[0011]
In one embodiment of the present invention, the cooling loss is corrected according to the speed of a vehicle equipped with the internal combustion engine. With the correction based on the vehicle speed, the cooling loss can be calculated more accurately.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall system configuration diagram of an internal combustion engine (hereinafter, referred to as “engine”) and a control device thereof according to an embodiment of the present invention.
[0013]
An electronic control unit (hereinafter, referred to as an “ECU”) 5 includes an input interface 5a for receiving data transmitted from each section of the vehicle, a CPU 5b for performing an operation for controlling each section of the vehicle, and a read-only memory (ROM). ) And a
[0014]
The
[0015]
A
[0016]
The
[0017]
The intake pipe pressure (Pb)
[0018]
The engine water temperature (Tw)
[0019]
The rotation speed (Ne)
[0020]
An
[0021]
The wide area air-fuel ratio sensor (LAF)
[0022]
A vehicle speed (VP)
[0023]
The signal sent to the
[0024]
There are two situations where the engine water temperature sensor hardly changes. The first case is when the engine water temperature sensor is fixed. Stiction indicates a condition in which the sensor does not respond to changes in engine water temperature and may occur, for example, due to a disconnection or short circuit. Sticking is a fault that is typically detected by the fault diagnostic device according to the present invention.
[0025]
The second is a case where the engine water temperature sensor is in a thermal equilibrium state even though it is normal. The thermal equilibrium state indicates a state in which the amount of heat generated by combustion in the engine and the cooling loss are in equilibrium. The cooling loss indicates, for example, the amount of heat lost by external factors such as wind and a heater. In the thermal equilibrium state, the effective heat quantity represented by "heat quantity-cooling loss" is almost zero, and thus the engine coolant temperature hardly fluctuates.
[0026]
According to the conventional method, when a situation where the engine water temperature hardly changes is detected, it is erroneously determined that the engine water temperature sensor has failed. However, according to the failure diagnosis device of the present invention, when such a small fluctuation range of the engine water temperature is detected, it is checked whether or not the engine is in a thermal equilibrium state. If it is determined that the engine is in the thermal equilibrium state, the failure determination for the engine coolant temperature sensor is suspended (or prohibited). Therefore, it is possible to avoid erroneously determining that the normal engine water temperature sensor is out of order.
[0027]
FIG. 2 shows a functional block diagram of a failure diagnosis device for an engine coolant temperature sensor according to one embodiment of the present invention. The functions represented by these functional block diagrams are typically realized by a computer program stored in the
[0028]
The operating
[0029]
The
[0030]
The first
[0031]
Depending on the vehicle, the calorific value Q may be further corrected by the intake pipe pressure PB or the like.
[0032]
Alternatively, the heat quantity Q may be calculated by another appropriate method. For example, the amount of heat Q may be calculated by detecting or estimating the amount of air supplied to the cylinder.
[0033]
The
[0034]
The
[0035]
If the predetermined time Ptime has elapsed, the thermal
[0036]
The
[0037]
The
[0038]
On the other hand, if the engine
[0039]
FIG. 3 is a diagram showing an example of the behavior of the failure diagnosis device according to the embodiment of the present invention in a thermal equilibrium state.
[0040]
In the previous operation cycle, the engine water temperature Tw is almost constant, which indicates that the engine is in a thermal equilibrium state. When the ignition switch is turned off at time t0, the engine stops. In response, engine water temperature Tw decreases.
[0041]
At time t1, the ignition switch is turned on again, and the current operation cycle is started. Since the engine is started, the engine water temperature Tw rises. From time t2, the engine coolant temperature Tw becomes substantially constant, and reaches a thermal equilibrium state.
[0042]
An average amount of heat QAVE is calculated over a predetermined time Ptime from the start of the engine, and the cooling loss CL is approximated by the average amount of heat QAVE. Preferably, the cooling loss CL is corrected by the vehicle speed VP.
[0043]
Since the engine coolant temperature Tw hardly fluctuates, there is a possibility that the engine has failed. Therefore, after the elapse of the predetermined period Ptime, it is determined whether or not the thermal equilibrium state exists. Since the effective integrated heat amount QRF calculated based on the effective heat amount (Q-CL) falls within a predetermined range defined by TRQ and TFQ, it is determined that the heat is in an equilibrium state. Therefore, the failure determination for the engine
[0044]
According to the conventional method, in a thermal equilibrium state as shown in FIG. 3, it is determined that the engine water temperature sensor is stuck. According to the present invention, such erroneous determination can be avoided.
[0045]
A shaded
[0046]
The detection value of the engine water temperature sensor is converted to a digital value. This digital value includes noise due to fluctuations in the ground voltage level and analog-digital conversion. It is preferable to set the width w of the fixed
[0047]
As an example, it is assumed that the reference value TW0 of the engine coolant temperature has been converted to a digital value “3A”. The conversion can be performed based on a predetermined rule. The digital value that is three bits lower than the digital value “3A” is “37”. Thereafter, if an engine water temperature corresponding to a digital value smaller than the digital value “37” is detected, the engine
[0048]
When the width w of the fixed
[0049]
FIG. 4 is an example of a flowchart executed by the failure diagnosis device shown in FIG. The flowchart is executed at regular time intervals after the engine is started.
[0050]
In step S1, the current engine coolant temperature Tw is obtained from the engine
[0051]
In step S6, it is determined whether the deviation between the maximum value and the minimum value is larger than the first reference value. If the determination in step S6 is Yes, it indicates that the engine coolant temperature is fluctuating, and the engine
[0052]
As described above, in one embodiment, the first reference value corresponds to the width w of the fixed
[0053]
If the determination in step S6 is No, the timer value is checked to determine whether a predetermined time Ptime has elapsed. The initial value of the timer is zero. Until the predetermined time Ptime has elapsed, the determination in step S8 is No, and in step S9, the timer value is incremented.
[0054]
In step S10, the calorific value Q per unit time is calculated based on the fuel injection amount per unit time, as described above. As an example, the unit time is set to a cycle time at which the flowchart is performed. When the cycle time is represented by S_Time, the heat quantity Q can be approximated by a value calculated according to “basic fuel injection amount TIM × rotation speed NE / S_time”.
[0055]
In step S11, the heat quantity Q calculated in step S10 is added to the previous accumulated heat quantity QTTL (k-1) to calculate the current accumulated heat quantity QTTL (k). Here, k is an identifier for identifying a cycle. In step S12, the average heat quantity QAVE is calculated by dividing the accumulated heat quantity QTTL (k) by the timer value.
[0056]
In step S13, the average vehicle speed VAVE is calculated. For example, the average vehicle speed VAVE can be calculated by dividing the integrated value of the vehicle speed VP detected by the
[0057]
In step S14, the cooling loss basic value CLBASE is calculated by dividing the average heat quantity QAVE by a vehicle speed correction value KVAVE corresponding to the average vehicle speed VAVE.
[0058]
FIG. 5 shows an example of a vehicle speed correction table stored in the
[0059]
The average amount of heat in step S12 may be calculated using a moving average method. As an example, the average amount of heat QAVE (k) is represented by “(heat amount Q (k− (n−1)) + heat amount Q (k− (n−2)) +,..., + Heat amount Q (k)) / (cycle Time × n) ”. n is an arbitrary integer.
[0060]
In still another example, the average heat quantity QAVE (k) can be determined according to “(average heat quantity QAVE (k−1) × (n−1) + heat quantity Q (k)) / (cycle time × n)”. .
[0061]
Further, the average vehicle speed VAVE in step S13 may be obtained using such a moving average method.
[0062]
Referring back to FIG. 4, if the predetermined time Ptime has elapsed, the determination in step S8 becomes Yes. In step S15, the heat quantity Q (k) is calculated in the same manner as in step S10. In step S16, the cooling loss CL is calculated by multiplying the cooling loss basic value CLBASE by a vehicle speed correction coefficient KVAVE corresponding to the current vehicle speed VP (obtained from the vehicle speed sensor 17). The vehicle speed correction coefficient KVAVE can be obtained by referring to the table of FIG.
[0063]
In step S17, the effective integrated heat amount QRF (k) for the current cycle is calculated by adding the effective heat amount (Q-CL) to the effective integrated heat amount QRF (k-1) calculated in the previous cycle.
[0064]
In step S18, if the effective integrated heat amount QRF (k) is larger than the predetermined upper limit TRQ, it is determined that the vehicle is not in the thermal equilibrium state. Also, in step S19, if the effective integrated heat amount QRF (k) is smaller than a predetermined lower limit value TFQ, it is determined that there is no thermal equilibrium. In these cases, the engine water temperature Tw does not change even though it is not in the thermal equilibrium state, so it is determined that the engine
[0065]
On the other hand, if the effective integrated heat amount QRF (k) is between the upper limit value TRQ and the lower limit value TFQ, it is determined that the engine is in a thermal equilibrium state, and the failure determination for the engine
[0066]
In another embodiment, the upper limit TRQ and the lower limit TFQ can be obtained by referring to a predetermined table based on the first reference value. FIG. 6 shows an example of such a table.
[0067]
Depending on the characteristics of the engine water temperature sensor and the engine, the relationship between the engine water temperature and the amount of heat may not be proportional. For example, the amount of heat when the engine water temperature changes by 2 ° C. when the engine water temperature is around 100 ° C. may be different from the amount of heat when the engine water temperature changes by 2 ° C. when the engine water temperature is around 60 ° C. In such a case, the upper limit TRQ and the lower limit TFQ suitable for the current engine coolant temperature can be obtained by referring to the table shown in FIG. 6 based on the first reference value.
[0068]
For example, when the detected maximum value of the engine water temperature is high, the upper limit value TRQ1 and the lower limit value TFQ1 are obtained by referring to the
[0069]
Alternatively, the table shown in FIG. 6 may be configured to be able to be referred to based on other values. For example, the table is configured such that the upper limit value TRQ and the lower limit value TFQ can be obtained by referring to the table based on the minimum value of the detected engine water temperature or the average value of the detected engine water temperature. be able to.
[0070]
The present invention can also be applied to a marine propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
[0071]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when the engine is in a thermal equilibrium state, it is possible to avoid erroneously determining a normal engine water temperature sensor as a failure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an engine and a control device thereof according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of an apparatus for diagnosing a failure of an engine water temperature sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a behavior of the failure diagnosis device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart for diagnosing a failure of an engine water temperature sensor according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a vehicle speed correction table according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a table for obtaining an upper limit value TRQ and a lower limit value TFQ of a heat quantity according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1
9 Intake
Claims (3)
前記内燃機関が始動してからの所定時間を計測するタイマと、
前記内燃機関の燃料噴射量に基づいて、該内燃機関で発熱する熱量を算出する熱量算出手段と、
前記内燃機関の発熱量に基づいて、該内燃機関の冷却損を算出する冷却損算出手段と、
前記発熱量から前記冷却損を減算して、有効熱量を算出する有効熱量算出手段と、
所定時間にわたって前記有効熱量を積算する積算手段と、
前記所定時間が経過した時の前記有効積算熱量が所定範囲外にある時に、前記センサの検出値の変化量が所定値より小さければ、該センサが故障していると判定する判定手段と、
を備える、故障診断装置。A sensor for detecting a temperature of cooling water of an internal combustion engine mounted on the vehicle,
A timer for measuring a predetermined time since the internal combustion engine is started,
Calorific value calculating means for calculating the amount of heat generated by the internal combustion engine based on the fuel injection amount of the internal combustion engine,
A cooling loss calculating unit that calculates a cooling loss of the internal combustion engine based on a calorific value of the internal combustion engine,
Subtracting the cooling loss from the heat generation amount, effective heat amount calculation means to calculate the effective heat amount,
Integrating means for integrating the effective heat amount for a predetermined time;
When the effective integrated heat amount when the predetermined time has elapsed is outside a predetermined range, if a change amount of a detection value of the sensor is smaller than a predetermined value, a determination unit that determines that the sensor has failed,
A failure diagnosis device comprising:
前記判定手段は、前記所定時間が経過した時の前記有効積算熱量が所定範囲外にある時に、前記最大値および最小値の差が所定値より小さければ、前記センサが故障していると判定する、請求項1に記載の故障診断装置。Further comprising a deviation calculating means for calculating a difference between a maximum value and a minimum value of the detection values of the sensor during the predetermined time,
The determining means determines that the sensor has failed if the difference between the maximum value and the minimum value is smaller than a predetermined value when the effective accumulated heat amount at the time when the predetermined time has elapsed is outside a predetermined range. The fault diagnosis device according to claim 1.
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