JP2012102687A - 水温センサ異常判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン内の冷却水の流通を停止する冷却系において、水温センサの異常を、誤判定することなく正確に判定する。
【解決手段】吸気温センサ２３にて検出される吸気温ｔｈａと、エンジン水温センサ２１にて検出されるエンジン水温ｔｈｗ１との温度差が所定値よりも大きいときに切替弁１０を開弁し、エンジン冷却水通路２０１に冷却水を流してエンジン１内の冷却水とヒータ通路（バイパス通路）２０２内の冷却水とを混合する。そして、その切替弁１０の開弁後のエンジン水温ｔｈｗ１とヒータ入口水温（バイパス水温）ｔｈｗ２との温度差［ｔｈｗ１−ｔｈｗ２］が所定値以下である場合はエンジン水温センサ２１が正常であると判定し、その温度差［ｔｈｗ１−ｔｈｗ２］が上記所定値よりも大きい場合にはエンジン水温センサ２１が異常であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）の冷却水の温度を検出する水温センサの異常を判定する水温センサ異常判定装置に関する。

車両等に搭載されるエンジンでは、冷却水通路としてウォータジャケットをエンジン（シリンダブロック及びシリンダヘッド）に設け、冷却水をウォータポンプによりウォータジャケットを経由して循環させることで、エンジン全体を冷却（暖機）するようにしている。このような冷却系において、エンジンの冷却水出口に切替弁を設け、エンジン冷間中は切替弁を閉弁し、エンジン内（ウォータジャケット内）の冷却水の流通を停止（エンジン内水停止）することによってエンジンの早期暖機を行う技術がある（例えば特許文献１参照）。

また、エンジンの冷却系には、冷却水の温度を検出する水温センサが設けられており、その水温センサの異常を検出する技術として、下記の特許文献２に記載の水温センサ異常検出方法がある。この特許文献２に記載の方法では、エンジンの冷却水温度を検知する水温センサの検知温度と、エンジンの吸気温度を検知する吸気温センサの検知温度との温度差が所定の範囲外である場合は、「水温センサの異常」または「ブロックヒータの装着時や高温ソーク」であると判定し、その後、ウォータポンプを駆動したときに水温センサの水温検出値が低下した場合には、水温センサの異常ではなく、ブロックヒータ装着時または高温ソークであると判定している。

特開２００９−１５０２６６号公報 特開２００７−１９２０４５号公報

ところで、上記したエンジン内水停止を行う冷却系において、水温センサの異常判定に上記異常検出方法を適用した場合、水温センサが正常であっても異常と判定（誤異常判定）される場合がある。すなわち、上記冷却系では、エンジン始動時（冷間中）においてエンジンの冷却水出口に設けた切替弁を閉弁してエンジン内での冷却水の流通を停止しており、この状態でウォータポンプを駆動しても、エンジン内（ウォータジャケット内）には外部からの冷却水が流入しないので（実際の水温が変化しないので）、水温センサが正常であっても水温検出値が低下しないため、水温センサが異常であると誤判定される場合がある。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、エンジン内の冷却水の流通を停止する冷却系において、水温センサの異常を、誤判定することなく正確に判定することが可能な水温センサ異常判定装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジン冷却水通路と、エンジンをバイパスするバイパス通路（ヒータ通路）と、前記エンジン冷却水通路と前記バイパス通路との冷却水の循環を制限する制御弁（切替弁）と、前記エンジン冷却水通路の水温を検出するエンジン水温センサと、前記バイパス通路の水温を検出するバイパス水温センサ（ヒータ入口水温センサ）とを備えた冷却系（エンジン内水停止を行う冷却系）に適用され、前記エンジン水温センサの異常を判定する水温センサ異常判定装置を前提としている。そして、このような水温センサ異常判定装置において、前記エンジンの周囲の雰囲気温度（具体的には、例えばエンジンへの吸入空気の温度を検出する吸気温センサにて検出される吸気温）と、前記エンジン水温センサにて検出されるエンジン水温との差が所定値よりも大きいときに前記制御弁を開弁し、その制御弁の開弁後のエンジン水温とバイパス水温との差が所定値以下である場合は前記エンジン水温センサが正常であると判定し、前記エンジン水温とバイパス水温との差が前記所定値よりも大きい場合には前記エンジン水温センサが異常であると判定する判定手段を備えていることを技術的特徴としている。

本発明においては、まず、エンジン始動の際に、水温センサにて検出されるエンジン水温とエンジンの周囲の雰囲気温度（吸気温センサにて検出される吸気温）との差が所定値以下である場合（例えば、｜エンジン水温−吸気温｜≦２０℃）には水温センサが正常であると判定する。一方、エンジン水温とエンジンの周囲の雰囲気温度との差が所定値よりも大きい場合（例えば、｜エンジン水温−吸気温｜＞２０℃）は、「ブロックヒータ装着」または「エンジン水温センサの異常」が考えられるので、上記エンジン冷却水通路とバイパス通路との冷却水の循環を制限する制御弁を開弁する。

この制御弁の開弁により、エンジン冷却水通路とバイパス通路の両系統の冷却水が循環して、それら２つ系統の冷却水が混合する。このような冷却水混合により、ブロックヒータ装着時であっても、エンジン冷却水通路を流れる冷却水の水温と、バイパス通路を流れる冷却水の水温とが近い値（または同等の値）になるので、エンジン水温センサが正常であれば、その水温センサにて検出されるエンジン水温とバイパス水温センサにて検出されるバイパス水温とが近い値になる。このような点を利用し、本発明では、上記制御弁の開弁後のエンジン水温（検出値）とバイパス水温（検出値）との温度差が所定値以下である場合（例えば、｜エンジン水温−バイパス水温｜≦２０℃）にはエンジン水温センサは正常であると判定し、上記エンジン水温とバイパス水温との温度差が所定値よりも大きい場合（例えば、｜エンジン水温−バイパス水温｜＞２０℃）にはエンジン水温センサが異常であると判定する。

以上のように、本発明によれば、エンジンの周囲の雰囲気温度（吸気温センサにて検出される吸気温）と、エンジン水温センサにて検出されるエンジン水温との温度差が所定値よりも大きいときには制御弁を開弁し、エンジン冷却水通路内の冷却水とバイパス通路内の冷却水とを混合して（エンジン内に冷却水を流して）、エンジン水温センサとバイパス水温センサとの水温環境を同等にした状態で、それら２つの水温センサにて検出されるエンジン水温とバイパス水温との温度差に基づいてエンジン水温センサの判定を行っているので、エンジン水温センサの異常を、誤判定することなく正確に判定することができる。

本発明の具体的な構成として、上記エンジン冷却水通路とバイパス通路との冷却水の循環を制限する制御弁が、弁体に変位を与える感温部を有する感温動作弁であって、その制御弁の周辺水温の推定値が当該制御弁の開弁温度以上となったときに制御弁が開弁したと判定する、という構成を挙げることができる。このような構成を採用すれば、制御弁の開弁の判定に必要な時間を短くすることが可能になる。この点について以下に説明する。

まず、本発明を適用する冷却系（エンジン内水停止を行う冷却系）においては、エンジンの冷却水出口に設ける制御弁として、例えば、弁体に変位を与える感温部を有する感温動作弁を用いている。この場合、感温部内に電気ヒータを埋め込み、その電気ヒータへの通電により発生する熱でサーモワックスを溶かすことによっても制御弁を強制的に開弁（ヒータ通電による開弁）できるようにしており、上記エンジン水温とエンジンの周囲の雰囲気温度（吸気温センサにて検出される吸気温）との温度差が所定値よりも大きいときに上記ヒータ通電による開弁を行っている。そして、その制御弁の開弁を判定する方法の一例として、電気ヒータへの通電開始からの経過時間を用いて開弁を判定するという方法が挙げられる。

このようにヒータ通電時間から開弁判定を行う場合、実際には制御弁が開弁していないのに「開弁した」と誤判定することを防止するために、開弁までに最も時間のかかる条件に基づいて開弁判定値を適合しているが、こうした適合ではマージンが大きすぎるため、エンジン水温センサの正常／異常判定までの時間がどうしても長くなる。これに対し、制御弁の周辺水温推定値が開弁温度以上となった場合に制御弁が開弁したと判定する方法を採用すると、制御弁の実際の開弁に応じて開弁判定を行うことができ、上記したマージンを見込む必要がなくなるので、開弁判定までに要する時間が短くて済み、エンジン水温センサの正常／異常判定までの時間を短くすることができる。

ここで、本発明において、制御弁が開弁した後、エンジン冷却水通路の冷却水とバイパス通路の冷却水とが十分に混合されない状態で、エンジン水温センサの判定を行うと、誤異常判定が生じる可能性がある。これを防止するために、制御弁が開弁してから所定時間経過した後つまり上記２系統の冷却水が十分に混合するのに必要な時間が経過した後に、エンジン水温センサの判定を実行することが好ましい。

本発明によれば、エンジンの周囲の雰囲気温度と、エンジン水温センサにて検出されるエンジン水温との差が所定値よりも大きい場合には制御弁を開弁してエンジン冷却水通路内の冷却水とバイパス通路内の冷却水とを混合し、その制御弁の開弁後のエンジン水温とバイパス水温との差から水温センサの異常を判定するようにしているので、水温センサの異常を、誤判定することなく正確に判定することができる。

本発明を適用するエンジンの冷却系の一例を示す概略構成図である。 図１の冷却系に用いる切替弁の構造を示す断面図である。なお、（Ａ）では切替弁の閉弁状態を示し、（Ｂ）では切替弁の開弁状態を示している。 図１のエンジンの冷却系において、冷間中に冷却水通路を循環する冷却水の流れを示す図（Ａ）、及び、エンジン半暖機状態のときに冷却水通路を循環する冷却水の流れを示す図（Ｂ）を併記して示す図である。 図１のエンジンの冷却系においてエンジン完全暖機時に冷却水路を循環する冷却水の流れを示す図である。 ＥＣＵが実行する水温センサ異常判定処理の一例を示すフローチャートである。 水温センサ異常判定処理の一例を示すタイミングチャートである。 切替弁の開弁を判定する処理の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明を適用するエンジン１の冷却系（エンジン内水停止冷却系）について図１を参照して説明する。

この例の冷却系は、電動ウォータポンプ２、ラジエータ３、サーモスタット４、ヒータ５、排気熱回収器６、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラ７、切替弁１０、及び、これら機器に冷却水を循環する冷却水通路２００などを備えている。

冷却水通路２００は、冷却水（例えばＬＬＣ：Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）を、エンジン１、ラジエータ３及びサーモスタット４を経由して循環させるエンジン冷却水通路２０１と、冷却水を、ＥＧＲクーラ７、排気熱回収器６、ヒータ５及びサーモスタット４を経由して循環させるヒータ通路２０２とを備えている。そして、この例では、これらエンジン冷却水通路２０１とヒータ通路２０２との冷却水循環に、１台の電動ウォータポンプ（電動ＷＰ）２を併用している。

エンジン１は、コンベンショナル車両やハイブリッド車両などに搭載されるガソリンエンジンやディーゼルエンジン等であって、シリンダブロック及びシリンダヘッドにウォータジャケット（図示せず）が設けられている。エンジン１には、冷却水出口（シリンダヘッドのウォータジャケット出口）１ｂの水温を検出するエンジン水温センサ２１が配置されている。また、エンジン１の吸気通路には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ２３が配置されている。さらに、エンジン１には、出力軸であるクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）を検出するエンジン回転数センサ２４が配置されている。これらエンジン水温センサ２１、吸気温センサ２３及びエンジン回転数センサ２４の各出力信号はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３００に入力される。

また、この例のエンジン１においては、ブロックヒータ８を着脱自在に装着することが可能となっており、そのブロックヒータ８をエンジン１に装着した状態で、ブロックヒータ８への通電（商用電源からの電力供給）を行うことにより、エンジン停止中にエンジン１内（ウォータジャケット内）の冷却水を暖めておくことができる。このようにしてエンジン停止中にエンジン１内の冷却水を暖めておくことにより、エンジン１の始動時の燃焼状態が良くなってエンジン始動性が向上する。

電動ウォータポンプ２は、電動モータの回転数を制御することにより吐出流量（吐出圧）を可変に設定することが可能なウォータポンプであって、吐出口がエンジン１の冷却水入口（ウォータジャケットの入口）１ａに連通するように配設されている。電動ウォータポンプ２の作動はＥＣＵ３００によって制御される。なお、電動ウォータポンプ２は、エンジン１の始動に伴って駆動され、エンジン１の運転状態等に応じて吐出流量が制御される。

サーモスタット４は、例えば感温部のサーモワックスの膨張・収縮によって作動する弁装置であって、冷却水温が比較的低い場合は、ラジエータ３と電動ウォータポンプ２との間の冷却水通路を遮断してラジエータ３（エンジン冷却水通路２０１）に冷却水を流さないようになっている。一方、エンジン１の暖機完了後、すなわち冷却水温度が比較的高い場合には、その冷却水温に応じてサーモスタット４が作動（開弁）してラジエータ３に冷却水の一部が流れることにより、冷却水が回収した熱がラジエータ３から大気に放出される。なお、この例において、サーモスタット４は、上記感温部の周辺水温（≒ワックス温度）が、後述する切替弁１０の開弁温度（例えば７０℃）よりも高い水温（例えば８２℃以上）になったときに開弁するように設定されている。

ヒータ通路２０２は、エンジン１をバイパスするバイパス通路である。ヒータ通路２０２には、冷却水流れの上流側から、ＥＧＲクーラ７、排気熱回収器６、及び、ヒータ５が直列に接続されており、電動ウォータポンプ２から吐出した冷却水が、［ＥＧＲクーラ７→排気熱回収器６→ヒータ５→サーモスタット４→電動ウォータポンプ２］の順で循環する。ヒータ通路２０２には、ＥＧＲクーラ７と排気熱回収器６との間にヒータ接続通路２０２ａが接続されている。このヒータ接続通路２０２ａは切替弁１０を介してエンジン１の冷却水出口（シリンダヘッドのウォータジャケット出口）１ｂに接続されている。切替弁（制御弁）１０はヒータ接続通路２０２ａを開閉する。切替弁１０の詳細については後述する。

ヒータ５は、冷却水の熱を利用して車室内を暖房するための熱交換器であって、エアコンディショナの送風ダクトに臨んで配置されている。つまり、車室内の暖房時（ヒータｏｎ時）には送風ダクト内を流れる空調風をヒータ５（ヒータコア）に通過させて温風として車室内に供給する一方、それ以外（例えば冷房時）のとき（ヒータｏｆｆ時）には空調風がヒータ５をバイパスするようになっている。ヒータ５には、ヒータ入口水温センサ２２が配置されている。このヒータ入口水温センサ２２の出力信号はＥＣＵ３００に入力される。なお、ヒータ５の入口水温は、ヒータ通路２０２（バイパス通路）を流れる冷却水の温度と同等であるので、上記ヒータ入口水温センサ２２がバイパス水温センサに相当する。

排気熱回収器６は、エンジン１の排気通路に配置され、排気ガスの熱を冷却水によって回収するための熱交換器であって、その回収した熱はエンジン暖機や車室内暖房などに利用される。ＥＧＲクーラ７は、エンジン１の排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路に配置され、このＥＧＲ通路を通過（還流）するＥＧＲガスを冷却するための熱交換器である。

−切替弁−
次に、上記冷却系に用いる切替弁１０について図２を参照して説明する。

この例の切替弁１０は、ハウジング１１、弁体１２、圧縮コイルばね１３、及び、感温部１４などを備えている。

ハウジング１１には、図１に示すエンジン１の冷却水出口（シリンダヘッドのウォータジャケット出口）１ｂに接続される冷却水入口１１ａ、ラジエータ３に接続されるラジエータ接続口１１ｂ、及び、ヒータ接続口１１ｃが設けられている。このヒータ接続口１１ｃは、図１に示すヒータ接続通路２０２ａを介してヒータ通路２０２に接続される。

ハウジング１１の内部には、バルブシート（弁座）１１１とばね座１１２とが互いに対向する状態で設けられている。これらバブルシート１１１とばね座１１２との間の空間（弁体１２の上流側の空間）が水導入部１１ｄとなっている。この水導入部１１ｄに上記冷却水入口１１ａが連通しており、その水導入部１１ｄを介してラジエータ接続口１１ｂが冷却水入１１ａに連通している。また、弁体１２の下流側の空間が水導出部１１ｅとなっており、この水導出部１１ｅに上記ヒータ接続口１１ｃが連通している。

弁体１２は、上記ハウジング１１の内部で上記バルブシート１１１とばね座１１２との間に、そのバルブシート１１１に対し接離可能に配設されている。この弁体１２と後述する感温部１４のケース１４１とは一体化されている。また、弁体１２とばね座１１２との間には圧縮コイルばね１３が挟み込まれており、その圧縮コイルばね１３の弾性力によって弁体１２がバブルシート１１１に向けて付勢されている。

感温部（感温アクチュエータ）１４はケース１４１及びロッド１４２を備えている。ロッド１４２は、弁体１２の開閉方向に沿って延びる棒状の部材であって、ケース１４１に摺動自在に配設されている。ロッド１４２は弁体１２を貫通しており、このロッド１４２に対し弁体１２が開閉方向に摺動可能となっている。また、ロッド１４２の先端部はハウジング１１の壁体１１ｆ（冷却水入口１１ａとは反対側の壁体）を貫通しており、その先端部がロッド保持部材１６によって保持されている。

感温部１４のケース１４１内には、感温部１４の周辺水温（以下、切替弁周辺水温ともいう）の変化（ワックス温度変化）によって膨張・収縮するサーモワックス１４３が充填されており、このサーモワックス１４３の膨張・収縮によりロッド１４２のケース１４１に対する突出量が変化するようになっている。なお、サーモワックス１４３はゴム等からなるシール材１４４内に収容されている。

そして、以上の構造の切替弁１０において、切替弁周辺水温（≒ワックス温度）Ｔｖｗが所定値（この例では７０℃）よりも低いときには、ケース１４１からのロッド１４２の突出量が小さい（ケース１４１内へのロッド１４２の没入量が大きい）状態となり、弁体１２がバルブシート１１１に圧縮コイルばね１３の弾性力によって着座（閉弁）する（図２（Ａ））。このような閉弁状態から、切替弁周辺水温Ｔｖｗが上記所定値以上（７０℃以上）になると、感温部１４のサーモワックス１４３が膨張する。このサーモワックス１４３の膨張により、ケース１４１からのロッド１４２の突き出し量が大きくなって、感温部１４の全体つまり弁体１２が圧縮コイルばね１３の弾性力に抗してバブルシート１１１から離れる向きに移動して弁体１２がバブルシート１１１から離座（開弁）する（図２（Ｂ））。

このように、この例の切替弁１０は、切替弁周辺水温Ｔｖｗが所定値（７０℃）よりも低いときには閉弁状態となり、図１に示すエンジン１の冷却水出口１ｂ（エンジン冷却水通路２０１）とヒータ通路２０２とが遮断される（エンジン冷却水通路とバイパス通路との冷却水の循環が制限される）。一方、切替弁周辺水温Ｔｖｗが所定値以上（７０℃以上）であるときには開弁状態となり、図１に示すエンジン１の冷却水出口１ｂ（エンジン冷却水通路２０１）とヒータ通路２０２とが連通する。なお、冷却水入口１１ａとラジエータ接続口１１ｂとは連通しているが、図１に示すサーモスタット４が閉弁状態であるときには、冷却水入口１１ａに流入した冷却水はラジエータ接続口１１ｂには流れない。

ここで、この例の切替弁１０においては、感温部１４の内部に電気ヒータ１５が埋め込まれており、この電気ヒータ１５への通電により発生する熱によってサーモワックス１４３を溶かすことにより、切替弁１０を強制的に開弁状態にすることもできる。このヒータ通電による切替弁１０の開弁は、後述する水温センサ異常判定処理（２回目のラショナリティ判定の際）などにおいて行われる。なお、切替弁１０の電気ヒータ１５は切替弁コントローラ（図示せず）によって作動される。切替弁コントローラはＥＣＵ３００からの開弁要求に応じて切替弁１０の電気ヒータ１５への通電を行う。

−冷却系の動作説明−
図１に示すエンジン１の冷却系の冷却水通路を循環する冷却水の流れについて図３及び図４を参照して説明する。

まず、冷間中は、切替弁１０の感温部１４の周辺水温Ｔｖｗが低い（７０℃未満）ので切替弁１０が閉弁状態となり、エンジン１内（ウォータジャケット内）の冷却水の流通が停止される（エンジン内水停止）。これによりエンジン１が早期に暖機される。また、切替弁１０が閉弁状態のときには、図３（Ａ）に示すように、電動ウォータポンプ２の作動によりヒータ通路２０２内に冷却水が循環し、冷却水が［電動ウォータポンプ２→ＥＧＲクーラ７→排気熱回収器６→ヒータ５→サーモスタット４→電動ウォータポンプ２］の順で流れる。このような早期暖機中に、暖房の要求があるときには、排気熱回収器６にて回収した熱にてヒータ５に必要な熱量を賄うようにすればよい。

次に、エンジン１が半暖機状態になり、切替弁１０の感温部１４の周辺水温Ｔｖｗが所定以上（７０℃以上）になると切替弁１０が開弁する。切替弁１０が開弁すると、図３（Ｂ）に示すように、上記ヒータ通路２０２内の冷却水循環に加えて、冷却水が、［電動ウォータポンプ２→エンジン１の冷却水入口１ａ→エンジン１内（ウォータジャケット内）→エンジン１の冷却水出口１ｂ→切替弁１０→ヒータ接続通路２０２ａ］の順で流れてエンジン１が冷却される。また、切替弁１０が開弁状態になると、エンジン冷却水通路２０１内（エンジン１内）の冷却水とヒータ通路（バイパス通路）２０２内の冷却水とが混合される。

そして、エンジン１が完全暖機状態になると、図４に示すように、サーモスタット４が作動（開弁）してラジエータ３に冷却水の一部が流れるようになり、冷却水が回収した熱がラジエータ３から大気に放出される。

−ＥＣＵ−
次に、ＥＣＵ３００について説明する。ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭはエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

ＥＣＵ３００には、図１に示すように、エンジン水温センサ２１、吸気温センサ２３、及び、エンジン回転数センサ２４を含むエンジン１の運転状態を検出する各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３００にはヒータ入口水温センサ２２及びイグニッションスイッチ（図示せず）等が接続されている。

そして、ＥＣＵ３００は、エンジン運転状態を検出する各種センサの出力信号に基づいて、エンジン１のスロットルバルブの開度制御、燃料噴射量制御（インジェクタの開閉制御）などを含むエンジン１の各種制御を実行する。また、ＥＣＵ３００は、下記の「水温センサ異常判定処理」を実行する。

−水温センサ異常判定処理−
［判定処理例１］
エンジン水温センサ２１の異常判定処理の一例について図５のフローチャートを参照して説明する。この図５の処理ルーチンはＥＣＵ３００において実行される。

なお、図５の処理ルーチンの実行中において、ＥＣＵ３００は、エンジン水温センサ２１、ヒータ入口水温センサ２２及び吸気温センサ２３の各出力信号から、エンジン水温ｔｈｗ１、ヒータ入口水温ｔｈｗ２、及び、吸気温ｔｈａを逐次認識（例えば、数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃの周期で認識）している。

図５に示す処理ルーチンはイグニッションスイッチがＯＮ操作された時点（ＩＧ−ＯＮ）で開始される。図５の処理ルーチンが開始されると、まずはステップＳＴ１０１において、エンジン始動前（ＩＧ−ＯＮからエンジン始動（初爆）まで）のエンジン水温ｔｈｗ１の平均値、及び、吸気温ｔｈａの平均値を算出する。

ステップＳＴ１０２では、エンジン水温ｔｈｗ１と吸気温ｔｈａとのラショナリティ（ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ：合理性）判定により、エンジン水温センサ２１の正常を判定する。具体的には、上記ステップＳＴ１０１で算出したエンジン水温ｔｈｗ１の平均値と吸気温ｔｈａの平均値との温度差Δｔａｖを算出し、その温度差Δｔａｖが所定の範囲内であるか否かを判定する。この例では、［−２０℃≦Δｔａｖ≦２０℃］であるか否かを判定し、その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合は、エンジン水温センサ２１が正常であると判定する（ステップＳＴ１１１）。ステップＳＴ１０２の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合（｜Δｔａｖ｜＞２０℃）はステップＳＴ１０３に進む。

ここで、上記ステップＳＴ１０２の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合には、「エンジン水温センサ２１の異常」または「ブロックヒータ８の装着時」のいずれの状況であるのかを判別することはできない。そこで、この例では、エンジン水温ｔｈｗ１とヒータ入口水温ｔｈｗ２とのラショナリティ判定により、エンジン水温センサ２１の正常／異常を判定する。この判定処理については後述する。なお、ラショナリティ判定とは、複数のセンサ値（温度検出値）が同等になるべき状況のときに、それら複数のセンサ値（温度検出値）が同等になっているか否かを確認するロジックである。

上記ステップＳＴ１０２の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は、上記切替弁コントローラに開弁要求を行って、切替弁１０の電気ヒータ１５への通電を開始する（ステップＳＴ１０３）。なお、ＥＣＵ３００は、切替弁１０の電気ヒータ１５への通電を開始した時点からの経過時間をカウントしている。

次に、ステップＳＴ１０４において「切替弁閉故障なし」であるか否かを判定し、その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合はステップＳＴ１０５に進む。ステップＳＴ１０４の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は、エンジン水温センサ２１の正常／異常判定は行わない（ステップＳＴ１１３：未判定）。

ここで、上記ステップＳＴ１０４の判定処理の一例について具体的に説明する。切替弁１０に閉故障が発生している場合には、ヒータ通電を行っても、エンジン冷却水通路２０２内（エンジン１内）の冷却水とヒータ通路２０２内の冷却水が混合しないので、ヒータ入口水温センサ２２にて検出されるヒータ入口水温ｔｈｗ２の上昇量（変化率）は排気熱回収器６にて回収される熱に相当する分であり、切替弁１０が正常である場合（エンジン１の高温水が混合した場合）の上昇量（変化率）と比較して小さくなる。このような点を利用し、ヒータ通電後にヒータ入口水温センサ２２にて検出されるヒータ入口水温ｔｈｗ２の上昇量（℃／ｓｅｃ）が所定値以上である場合は、「切替弁閉故障なし」と判定してステップＳＴ１０５に進む。ヒータ入口水温センサ２２の正常判定については後述する。

なお、切替弁１０にリフト量を検出するセンサが搭載されている場合は、そのリフト量センサの検出値から「切替弁の閉故障」を判定するようにしてもよい。

ステップＳＴ１０５では、エンジン始動後から１５秒経過するまでの間の吸気温ｔｈａの最小値を採取して、その間（１５秒間）における吸気温低下量を算出する。

ステップＳＴ１０６では、「日射による影響なし」であるか否かを判定する。その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合はステップＳＴ１０７に進む。ステップＳＴ１０６の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は、エンジン水温センサ２１の正常／異常判定は行わない（ステップＳＴ１１３：未判定）。つまり、日射による影響がある場合（日射によりエンジンコンパートメント内が暖められている場合）は、吸気温ｔｈａとエンジン水温ｔｈｗ１とが異なる状況となるので、エンジン水温センサ２１の異常を誤判定する可能性があるため判定は行わない。

次に、上記ステップＳＴ１０６の判定処理について具体的に説明する。まず、日射によりエンジンコンパートメント内が暖められていると（日射による影響があると）、トリップ（エンジン始動時から停止時までの期間）の初期において実際の吸気温が高い状況となり、エンジン始動後に吸気温センサ２３にて検出される吸気温ｔｈａが低下する（エンジン始動後に外気が吸気通路に流入するようになると吸気温ｔｈａは低下する）。これに対し、日射による影響がない場合はエンジン始動後の吸気温ｔｈａの低下は少ない（もしくは吸気温ｔｈａの低下は生じない）。このような点を考慮して、この例では、ステップＳＴ１０６において、上記ステップＳＴ１０５で算出した吸気温低下量が５℃未満であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合（吸気温低下量≧５℃である場合）は判定を行わない（ステップＳＴ１１３）。ステップＳＴ１０６の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（吸気温低下量＜５℃である場合）は、「日射による影響なし」と判定してステップＳＴ１０７に進む。なお、「日射による影響なし」と判定するための判定値は、「５℃」に以外の値であってもよい。

ステップＳＴ１０７では、上記切替弁１０の電気ヒータ１５への通電を開始した時点から水混合判定時間が経過した否かを判定する。このステップＳＴ１０７の処理に用いる「水混合判定時間」は、電気ヒータ１５への通電開始から切替弁１０が実際に開弁するまでの時間と、その切替弁１０が開弁した後にエンジン冷却水通路２０１内（エンジン１内）の冷却水とヒータ通路２０２内の冷却水とが十分に混合するまでの時間とから適合する。

具体的には、切替弁１０の電気ヒータ１５への通電開始から切替弁１０の開弁までに最も時間のかかる条件（例えばアイドル運転時でかつ低温環境下であるという条件）に基づいて、切替弁１０の開弁に要する時間ｔｉｍｅ１（図６参照）を実験・シミュレーション等によって適合する。また、エンジン冷却水通路２０１内（エンジン１内）の冷却水とヒータ通路２０２内の冷却水とが十分に混合するのに必要な時間ｔｉｍｅ２（図６参照）については、切替弁１０が開弁した後のエンジン１内の冷却水流量に反比例するので、この点を考慮して実験・シミュレーション等により適合する。このようにして適合した［開弁に要する時間ｔｉｍｅ１」と［冷却水の混合に必要な時間ｔｉｍｅ２］とを加算した値［ｔｉｍｅ１＋ｔｉｍｅ２］を、上記ステップＳＴ１０７の判定処理に用いる「水混合判定時間」とする。

そして、電気ヒータ１５への通電開始からの経過時間が上記水混合判定時間に達した時点（ステップＳＴ１０７の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点）で、切替弁開弁要求を解除し、切替弁１０の電気ヒータ１５への通電を停止（ステップＳＴ１０８）してステップＳＴ１０９に進む。

ステップＳＴ１０９では、ヒータ入口水温センサ２２が正常であるか否かを判定する。具体的には、ヒータ入口水温ｔｈｗ２と吸気温ｔｈａとの差［ｔｈｗ２−ｔｈａ］を算出し、その温度差［ｔｈｗ２−ｔｈａ］が所定の範囲内であるか否かを判定する（ｔｈｗ２とｔｈａとのラショナリティ判定）。この例では、［−２０℃≦ｔｈｗ２−ｔｈａ≦２０℃］であるか否かを判定し、その判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合（｜ｔｈｗ２−ｔｈａ｜＞２０℃である場合）は、エンジン水温センサ２１の正常／異常判定は行わない（ステップＳＴ１１３）。ステップＳＴ１０９の判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（−２０℃≦ｔｈｗ２−ｔｈａ≦２０℃である場合）、ヒータ入口水温センサ２２は正常であると判断してステップＳＴ１１０に進む。

なお、ヒータ入口水温センサ２２については、図１の構成から明らかなようにブロックヒータ８によって暖められることがないので、トリップ初期において、ヒータ入口水温ｔｈｗ２と吸気温ｔｈａとのラショナリティ判定により、ヒータ入口水温センサ２２の正常を判定することができる。また、ヒータ入口水温ｔｈｗ２と吸気温ｔｈａとのラショナリティ判定が正常であると、吸気温センサ２３も正常であると言える。

ステップＳＴ１１０においては、エンジン水温ｔｈｗ１とヒータ入口水温ｔｈｗ２とのラショナリティ判定により、エンジン水温センサ２１の正常／異常を判定する。

具体的には、エンジン水温ｔｈｗ１とヒータ入口水温ｔｈｗ２との温度差［ｔｈｗ１−ｔｈｗ２］を算出し、その温度差［ｔｈｗ１−ｔｈｗ２］が所定の範囲内であるか否かを判定する。この例では、［−２０℃≦ｔｈｗ１−ｔｈｗ２≦２０℃］であるか否かを判定し、その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合は、エンジン水温センサ２１が正常であると判定する（ステップＳＴ１１１）。ステップＳＴ１１０の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合（｜ｔｈｗ１−ｔｈｗ２｜＞２０℃である場合）は、エンジン水温センサ２１が異常であると判定する（ステップＳＴ１１２）。

次に、上記ステップＳＴ１１０の判定処理について図６を参照して具体的に説明する。なお、図６には、エンジン水温センサ２１及びヒータ入口水温センサ２２が正常な場合の各水温検出値ｔｈｗ１，ｔｈｗ２の変化を示している。

まず、エンジン始動後で切替弁１０が閉弁状態（エンジン内水停止状態）である場合、エンジン水温ｔｈｗｒ１（実際のエンジン水温）はエンジン暖機に伴って大きく上昇していくのに対し、ヒータ入口水温ｔｈｗｒ２（実際のヒータ入口水温）の温度上昇の度合いは低い（例えば、排気熱回収器６による加熱による温度上昇程度である）ので、これら実際のエンジン水温ｔｈｗｒ１と実際のヒータ入口水温ｔｈｗｒ２とは乖離する（図６の水温検出値ｔｈｗ１，ｔｈｗ２参照）。

次に、切替弁１０の電気ヒータ１５への通電を開始して、切替弁１０が実際に開いていくと、実際のエンジン水温ｔｈｗｒ１と実際のヒータ入口水温ｔｈｗｒ２とは互いに近づいていく。そして、エンジン冷却水通路２０１内（エンジン１内）の冷却水とヒータ通路２０２内の冷却水が十分に混合された状態になると、実際のエンジン水温ｔｈｗｒ１と実際のヒータ入口水温ｔｈｗｒ２とは略同等な温度になる。このとき、エンジン水温センサ２１が正常であれば（ヒータ入口水温センサ２２についてはステップＳＴ１０９で正常判定を行っている）、図６に示すように、エンジン水温センサ２１にて検出されるエンジン水温ｔｈｗ１と、ヒータ入口水温センサ２２にて検出されるヒータ入口水温ｔｈｗ２とが近い値（もしくは同等な値）となる。これに対し、エンジン水温センサ２１が異常であると、エンジン１内の冷却水とヒータ通路２０２内の冷却水とが十分に混合された状態になっても、ヒータ入口水温センサ２２にて検出されるヒータ入口水温ｔｈｗ２に対し、エンジン水温センサ２１にて検出されるエンジン水温ｔｈｗ１が乖離する。

このような点に着目して、この例では、エンジン１内の冷却水とヒータ通路２０２内の冷却水とが十分に混合されたときの、エンジン水温ｔｈｗ１（検出値）とヒータ入口水温ｔｈｗ２（検出値）との差が所定範囲内［−２０℃≦ｔｈｗ１−ｔｈｗ２≦２０℃］である場合には、エンジン水温センサ２１が正常であると判定し、それら２つの水温の温度差が［｜ｔｈｗ１−ｔｈｗ２｜＞２０℃］である場合はエンジン水温センサ２１は異常であると判定する。

そして、このようにエンジン水温ｔｈｗ１と吸気温ｔｈａとのラショナリティ判定（１回目の判定）により、エンジン水温センサ２１の正常でないと判定した場合（「エンジン水温センサ２１の異常」または「ブロックヒータ８の装着時」のいずれの状況であるのかを判別することはできない場合）には、２回目のラショナリティ判定、つまり、エンジン水温ｔｈｗ１とヒータ入口水温ｔｈｗ２とのラショナリティ判定を行うことで、エンジン水温センサ２１の正常／異常を判定することができる。

以上説明したように、この例の異常判定処理によれば、吸気温センサ２３にて検出される吸気温ｔｈａ（エンジンの周囲の雰囲気温度に相当）とエンジン水温センサ２１にて検出されるエンジン水温ｔｈｗ１との温度差が所定値よりも大きいときに切替弁１０を開弁し、エンジン冷却水通路２０１内（エンジン１内）の冷却水とヒータ通路２０２内の冷却水とを混合して（エンジン１内に冷却水を流して）、エンジン水温センサ２１とヒータ入口水温センサ２２との水温環境を同等にした状態で、それら２つ水温センサ２１，２２によって検出されるエンジン水温ｔｈｗ１とヒータ入口水温ｔｈｗ２との温度差に基づいてエンジン水温センサ２１の判定を行っているので、エンジン水温センサ２１の異常を、誤判定することなく正確に判定することができる。

なお、以上の例では、イグニッションスイッチがＯＮ操作された時点（ＩＧ−ＯＮ）で図５の処理ルーチンを開始するようにしているが、エンジン１が搭載される車両がハイブリッド車両である場合、エンジン始動要求があったときに、図５の処理ルーチンを開始するようにしてもよい。

［判定処理例２］
以上の例では、切替弁１０の電気ヒータ１５への通電を開始してから一定時間（ｔｉｍｅ１）が経過した時点で切替弁１０が開弁したと判定しているが、これに替えて、切替弁１０の感温部１４の周辺水温Ｔｖｗを推定し、その切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値から切替弁１０の開弁を判定するようにしてもよい。

その具体的な例（開弁判定処理）について図７のフローチャートを参照して説明する。この図７の処理ルーチンはＥＣＵ３００において実行される。

まず、ステップＳＴ２０１では、エンジン回転数センサ２４の出力信号から算出されるエンジン回転数Ｎｅ及び負荷率ｋｌに基づいて、予め実験・シミュレーション等によって適合されたマップを参照してエンジン１内の冷却損失Ｑｗを算出する。なお、負荷率ｋｌは、例えば、最大機関負荷に対する現在の負荷割合を示す値として、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気圧に基づきマップ等を参照して算出することができる。

ステップＳＴ２０２では、上記ステップＳＴ２０１で算出した冷却損失Ｑｗを用いて、下記の（１）式つまりエンジン水温ｔｈｗ１のラプラス変換式に基づいてエンジン水温ｔｈｗ１の推定値を算出する。次に、ステップＳＴ２０３において、上記ステップＳＴ２０２で算出したエンジン水温ｔｈｗ１の推定値を用いて下記の（２）式から、切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値を算出し、この切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値が、切替弁１０の開弁温度（７０℃）に達しているか否かを判定する（ステップＳＴ２０４）。

そして、以上のステップＳＴ２０１〜ステップＳＴ２０３の処理が、ステップＳＴ２０４の判定結果が肯定判定になるまで所定時間（例えば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃ）ごとに繰り返して実行され、ステップＳＴ２０４が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点で、切替弁１０が開弁したと判定する。そして、この開弁判定時点から、上記設定時間ｔｉｍｅ２（切替弁１０が開弁してから冷却水が十分に混合するのに必要な時間）が経過した後に、エンジン水温センサ２１の正常／異常判定を行う（上記した図５のステップＳＴ１１０の判定処理を実行する）。

ここで、上記（１）式のパラメータ［Ｃ、λ、Ｌ、Ａ］は、エンジン１内水停止中における、シリンダヘッドのウォータジャケット内の最高温度部分周辺の水の塊を想定して適合した値が設定される。

以上のように、この例の開弁判定処理によれば、切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値から切替弁１０の開弁を判定しているので、上記した［判定処理例１］の開弁判定処理、つまり電気ヒータ１５への通電開始からの経過時間で切替弁１０の開弁を判定する場合と比較して、エンジン水温センサ２１の２回目のラショナリティ判定を短時間で実施することができる。

すなわち、上記［判定処理例１］においては、実際には切替弁１０が開弁していないのに「開弁した」と誤判定することを防止するために、切替弁１０の開弁までに最も時間のかかる条件（例えば、アイドル運転時でかつ低温環境下であるという条件）に基づいて水混合判定時間を適合しているが、このような適合ではマージンが大きすぎるため、エンジン水温センサ２１の２回目のラショナリティ判定までの時間がどうしても長くなってしまう。これに対し、切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値が切替弁１０の開弁温度（７０℃）になったときに開弁したと判定することで、切替弁１０の実際の開弁に応じて開弁判定を行うことができる。これによって、上記したマージンを見込む必要がなくなるので、上記ラショナリティ判定（２回目）までの時間を短くすることが可能になる。

なお、この例の開弁判定処理において、エンジン水温センサ２１にて検出される水温検出値を用いずに、エンジン水温ｔｈｗ１の推定値を用いている理由は、エンジン水温センサ２１に異常の疑いがある状況のときに、そのエンジン水温センサ２１にて検出されるエンジン水温検出値から切替弁周辺水温Ｔｖｗを推定すると、切替弁１０の開弁判定の信頼性が悪くなるためである。

また、この例の開弁判定処理では、上記（１）式及び（２）式から切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値を算出しているが、これに限られることなく、他の手法で切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値を算出するようにしてもよい。例えば、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷率ｋｌをパラメータとして、エンジン１の冷却水出口１ｂの水温を実験・シミュレーション等によって取得し、その結果を基に切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値をシミュレーション等により適合してマップ化しておく。そして、実際のエンジン回転数Ｎｅ及び負荷率ｋｌに基づいて上記マップを参照して、切替弁周辺水温Ｔｖｗの推定値を算出するようにしてもよい。

−他の実施形態−
以上の例では、エンジン水温センサ２１のラショナリティ判定（２回目）に、ヒータ入口水温センサ２２を用いているが、本発明はこれに限られることなく、ヒータ通路（バイパス通路）２０２を流通する冷却水の温度を検出する他の水温センサであってもよい。

以上の例では、エンジン冷却水通路とヒータ通路（バイパス通路）との冷却水の循環を制限する制御弁として、弁体に変位を与える感温部を有する切替弁１０を用いているが、本発明はこれに限られることなく、例えばソレノイドなどの他のアクチュエータにより開閉する制御弁を用いてもよい。

以上の例では、冷却水の循環に電動ウォータポンプを用いているが、本発明はこれに限られることなく、機械式ウォータポンプを冷却水循環に用いてもよい。

以上の例では、熱交換器としてヒータ、排気熱回収器及びＥＧＲクーラが組み込まれた冷却系に本発明を適用した例を示したが、例えば、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｌｕｉｄ）ウォーマ、ＡＴＦクーラなどの他の熱交換器が組み込まれた冷却系にも本発明を適用できる。

本発明は、車両等に搭載されるエンジン（内燃機関）の冷却水の温度を検出する水温センサの異常を判定する水温センサ異常判定装置に利用することができる。

１ エンジン
１ｂ 冷却水出口
２ 電動ウォータポンプ
３ ラジエータ
４ サーモスタット
５ ヒータ
６ 排気熱回収器
７ ＥＧＲクーラ
８ ブロックヒータ
１０ 切替弁（制御弁）
１２ 弁体
１４ 感温部
１４３ サーモワックス
１５ 電気ヒータ
２１ エンジン水温センサ
２２ ヒータ入口水温センサ（バイパス水温センサ）
２３ 吸気温センサ
２０１ エンジン冷却水通路
２０２ ヒータ通路（バイパス通路）
２０２ａ ヒータ接続通路
３００ ＥＣＵ

Claims (3)

1. エンジン冷却水通路と、エンジンをバイパスするバイパス通路と、前記エンジン冷却水通路と前記バイパス通路との冷却水の循環を制限する制御弁と、前記エンジン冷却水通路の水温を検出するエンジン水温センサと、前記バイパス通路の水温を検出するバイパス水温センサとを備えた冷却系に適用され、前記エンジン水温センサの異常を判定する水温センサ異常判定装置であって、
   前記エンジンの周囲の雰囲気温度と、前記エンジン水温センサにて検出されるエンジン水温との差が所定値よりも大きいときに前記制御弁を開弁し、その制御弁の開弁後のエンジン水温とバイパス水温との差が所定値以下である場合は前記エンジン水温センサが正常であると判定し、前記エンジン水温とバイパス水温との差が前記所定値よりも大きい場合には前記エンジン水温センサが異常であると判定する判定手段を備えていることを特徴とする水温センサ異常判定装置。
2. 請求項１記載の水温センサ異常判定装置において、
   前記制御弁は、弁体に変位を与える感温部を有する感温動作弁であって、前記制御弁の周辺水温の推定値が当該制御弁の開弁温度以上となったときに、前記制御弁が開弁したと判定する開弁判定手段を備えていることを特徴とする水温センサ異常判定装置。
3. 請求項１または２記載の水温センサ異常判定装置において、
   前記制御弁が開弁してから所定時間経過した後に、前記判定手段によるエンジン水温センサの判定を実行することを特徴とする水温センサ異常判定装置。

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