JP2013108405A - 内燃機関とその温度センサの異常診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを利用して、従来では必要であったソークタイマーを用いることなく、内燃機関に設けた温度センサの異常を診断することができる内燃機関とその温度センサの異常診断方法を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ１０が、エンジン１の停止時の大気温度Ｔ＿ａｉｒと、冷却水温度センサ２２が計測したエンジン１の停止時の冷却水の停止冷却水温度Ｔｗ１とから、エンジン１の停止中の冷却水の予想温度低下勾配Ｇｒを推定する手段１１と、停止冷却水温度Ｔｗ１と、冷却水温度センサ２２が計測したエンジン１の始動時の冷却水の始動冷却水温度Ｔｗ２と、予想温度低下勾配Ｇｒを用いて、エンジン１が十分にソークされたと判定する手段１３と、エンジン１が十分にソークされたと判定されると、エンジン１の始動時の各温度センサＡとＢの温度差である診断用温度偏差値ΔＴａｂの絶対値が異常判定値Ｖｄよりも大きくなると温度センサＡとＢの異常を検知する手段１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを利用して、従来では必要であったソークタイマーを用いることなく、内燃機関に設けた温度センサの異常を診断することができる内燃機関とその温度センサの異常診断方法に関する。

現在のエンジン（内燃機関）では、エンジンコントロールユニットと呼ばれる制御装置（以下、ＥＣＵという）が、様々なセンサの測定値を用いて、燃料噴射制御や、アイドル回転数制御などを電気的に制御している。よって、このＥＣＵによるエンジンの制御には、各種センサが正常に機能することが条件であり、各種センサが故障した場合に即座に異常を検知する必要がある。

そこで、エンジンに備える燃料温度センサ、冷却水温度センサ、又は吸気温度センサ（以下、ＩＭＴセンサという）などの各種温度センサの異常診断方法において、ＥＣＵにエンジンソーク時間タイマーを備え、そのエンジンソーク時間タイマーのカウントする時間によって、エンジンが十分にソークされたか否かを判断し、エンジンの再始動時に少なくとも２つの温度センサの温度差を比較することによって異常を診断する装置がある（例えば、特許文献１、又は特許文献２参照）。

ここで、従来の温度センサの異常診断方法を、図７を参照しながら説明する。まず、ステップＳ１で、エンジンの停止信号を受信し、エンジンの停止を確認すると、ステップＳ２Ｘで、ＥＣＵ内に設けたエンジンソーク時間タイマーがエンジンソーク時間のカウントを始める。次に、ステップＳ３Ｘで、エンジンソーク時間が一定時間経過したか否かを判断する。次に、ステップＳ４Ｘで、イグニッションキーがオンになったか否かを判断する。

ステップＳ３ＸとステップＳ４Ｘで、エンジンが十分にソークされ、且つイグニッションキーがオンになったと判断されると、次に、ステップＳ５で、温度センサＡのエンジン始動時の温度Ｔａと温度センサＢのエンジン始動時の温度Ｔｂとから、診断用温度偏差値ΔＴを算出する。次に、ステップＳ６で、診断用温度偏差値ΔＴが予め定めた異常判定値Ｖｄよりも大きいか否かを判断する。

ステップＳ６で診断用温度偏差値ΔＴが異常判定値Ｖｄよりも大きい場合は、ステップＳ７で、温度センサＡ、又は温度センサＢのどちらかを異常と判定する。一方、診断用温度偏差値ΔＴが異常判定値Ｖｄ以下の場合は、ステップＳ８で、温度センサＡ、及び温度センサＢを正常と判定する。

上記の温度センサの異常診断方法は、エンジンの再始動時の温度センサＡと温度センサＢとの差分から異常を判定しているため、エンジンが十分にソークされているか否かを判定する必要がある。よって、従来の装置では、エンジンソーク時間タイマーが必要であり、そのため、エンジンの制御システムが高価になっていた。

特開２０１０−０２５０２４号公報 特表２０１１−５０６９１２号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、各種温度センサの異常を診断する際に、エンジンソーク時間タイマーを必要とせずにエンジンのソーク時間を判断することができ、エンジンの制御システムを安価にすることができる内燃機関とその温度センサの異常診断方法を提供することである。

上記の目的を解決するための本発明の内燃機関は、冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを備える共に、該冷却水温度センサと少なくとも１つの温度計測用センサの中から少なくとも２つの診断用温度センサを選択して、該診断用温度センサの異常を診断する制御装置を備えた内燃機関において、前記制御装置が、内燃機関停止時の大気温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関停止時の冷却水の停止冷却水温度とから、内燃機関停止中の冷却水の予想温度低下勾配を推定する手段と、前記停止冷却水温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関始動時の冷却水の始動冷却水温度と、前記予想温度低下勾配を用いて、内燃機関が十分にソークされたと判定する手段と、前記内燃機関が十分にソークされたと判定されると、内燃機関始動時の各前記診断用温度センサの温度差である診断用温度偏差値を算出し、該診断用温度偏差値の絶対値が予め定めた異常判定値よりも大きくなると前記診断用温度センサの異常を検知する手段と、を備えて構成される。

この構成によれば、従来内燃機関に設けられている冷却水温度センサを使用して、内燃機関のソーク時間を推定し、十分にソークされたか否かを判定することができるので、制御装置にソーク時間タイマーを設ける必要がなく、より安価なシステムにより温度センサの異常診断を行うことができる。

また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記予想温度低下勾配から、内燃機関が十分ソークしてから始動すると仮定したときの仮始動冷却水温度を算出し、前記停止冷却水温度と該仮始動冷却水温度との差であるソーク判定値を算出する手段と、前記停止冷却水温度と前記始動冷却水温度とから求まる判定用温度偏差値が、前記ソーク判定値よりも大きい場合に、内燃機関が十分にソークされたと判定する手段と、を備える。

この構成によれば、内燃機関の停止中に、冷却水の温度が徐々に大気温度に収束する際に描く温度低下勾配を用いることで、内燃機関のソーク時間を推定することができ、内燃機関が十分にソークされたか否かを判定することができる。これにより、エンジンソークタイマーを設ける必要がなくなり、より安価な制御システムを提供することができる。

上記の問題を解決するための内燃機関の温度センサの異常診断方法は、冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを備える共に、該冷却水温度センサと少なくとも１つの温度計測用センサの中から少なくとも２つの診断用温度センサを選択して、該診断用温度センサの異常を診断する制御装置を備えた内燃機関の温度センサの異常診断方法において、内燃機関停止時の大気温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関停止時の冷却水の停止冷却水温度とから、内燃機関停止中の冷却水の予想温度低下勾配を推定する工程と、前記停止冷却水温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関始動時の冷却水の始動冷却水温度と、前記予想温度低下勾配を用いて、内燃機関が十分にソークされたと判定する工程と、前記内燃機関が十分にソークされたと判定されると、内燃機関始動時の各前記診断用温度センサの温度差である診断用温度偏差値を算出し、該診断用温度偏差値の絶対値が予め定めた異常判定値よりも大きくなると前記診断用温度センサの異常を検知する工程と、を含むことを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の温度センサの異常診断方法において、前記予想温度低下勾配か
ら、内燃機関が十分ソークしてから始動すると仮定したときの仮始動冷却水温度を算出し、前記停止冷却水温度と該仮始動冷却水温度との差であるソーク判定値を算出する工程と、前記停止冷却水温度と前記始動冷却水温度とから求まる判定用温度偏差値が、前記ソーク判定値よりも大きい場合に、内燃機関が十分にソークされたと判定する工程と、を含む。

上記の方法によれば、従来の内燃機関に設けているセンサにより検知できる値のみを用いて、温度センサの異常を診断することができるので、新たなデバイスを付ける必要がなく、幅広い種類の内燃機関に適用することができる。

本発明によれば、各種温度センサの異常を診断する際に、エンジンソーク時間タイマーを必要とせずにエンジンのソーク時間を判断することができ、エンジンの制御システムを安価にすることができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関を示した図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御を示した概略図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却水の温度低下を示した表である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関が算出する予想温度低下勾配を示した表である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の温度センサの異常診断方法を示したフローチャートである。 図５のソーク時間判定方法を示したフローチャートである。 従来の内燃機関の温度センサの異常診断方法を示したフローチャートである。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関とその温度センサの異常診断方法について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、直列４気筒のディーゼルエンジンを例に説明するが、本発明はこれに限定せずに冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを設ける内燃機関であれば、本発明を適用することができる。

まず、本発明に係る実施の形態の内燃機関を、図１及び図２を参照しながら説明する。エンジン（内燃機関）１は、燃料システム２、燃料供給システム３、吸気システム４、排気システム５、冷却システム６、操作システム７、及び報知装置８を備える。燃料システム２は、シリンダブロック２ａとピストン（図示しない）などからなる。燃料吸気システム３は、燃料タンク３ａと燃料ポンプ３ｂとコモンレール３ｃとインジェクタ３ｄなどからなる。吸気システム４は、吸気フィルタ４ａとインタークーラー４ｂと吸気スロットル４ｃなどからなる。排気システム５は、ＥＧＲクーラー５ａとＥＧＲ弁５ｂとターボチャージャー５ｃとＤＰＦ（ディーゼル微粒子捕集フィルタ）５ｄとＳＣＲ装置（選択的触媒還元装置）５ｅなどからなる。冷却システム６は、ラジエータ６ａとウォータジャケット６ｂとウォータポンプ６ｃなどからなる。操作システム７は、イグニッションキー７ａとアクセルセンサを含むアクセル部７ｂなどからなる。報知装置８を、点灯ランプ、又は報知スピーカなどで形成する。

また、このエンジン１は、インジェクタ３ｄ、及び吸気スロットル４ｃなどの制御を行うエンジンコントロールユニットと呼ばれるＥＣＵ（制御装置）１０を備えると共に、そのＥＣＵ１０に計測値を送る燃料温度センサ２１、冷却水温度センサ２２、吸気温度センサ２３、大気温度センサ２４、ＥＧＲ温度センサ２５、及び排気温度センサ２６を備える
。

上記のエンジン１は、周知の技術のエンジンを用いることができ、その構成は上記の構成に限定しない。また、エンジン１に設けられた各種温度センサ２１〜２６もそれぞれ、周知の技術のセンサを用いることができ、加えて上記以外のセンサを設けることもできる。

ＥＣＵ１０は、この実施の形態では各温度センサ２１〜２６の測定値と、操作システム７の操作信号を基に、燃料供給システム３、吸気システム４、排気システム５、及び冷却システム６を制御し、また、報知装置８も制御している。

このＥＣＵ１０は、図２に示すように、温度低下勾配推定手段１１、ソーク時間判定値算出手段、ソーク時間判定手段１３、及び異常診断手段１４を備え、また、異常判定値Ｖｄを記憶している。これの各手段１１〜１４をプログラムとして、記憶して、エンジン１が停止してから、再始動する際に順次実行する。

なお、この実施の形態では、図２に示すように、異常を診断する温度センサＡを燃料温度センサ２１、及び温度センサＢをＩＭＴセンサ２３とするが、各種温度センサ２１〜２６、若しくはそれ以外の温度計測センサの中から少なくとも２つを選べばよく、上記の構成に限定しない。例えば、温度センサＡを冷却水温度センサ２２、温度センサＢを大気温度センサ２４としてもよい。

冷却水温度センサ２２は、特にディーゼルエンジンでは、燃料噴射制御、ＥＧＲ制御、及びブースト制御など殆どの制御に使用されているため、必ず装着されており、エンジン１の停止時の冷却水の温度である停止冷却水温度Ｔｗ１と、エンジン１の始動時の冷却水の温度である始動冷却水温度Ｔｗ２とを計測して、ＥＣＵ１０へと送っている。燃料温度センサ２１はエンジン１の始動時の燃料の温度である始動燃料温度Ｔａを計測し、ＩＭＴセンサ２３は、エンジン１の始動時の吸入空気の温度である始動吸気温度Ｔｂを計測する。大気温度センサ２４は、エンジン１の停止時の大気の温度である停止大気温度Ｔ_ａｉｒを計測する。

以下、ＥＣＵ１０の各手段１１〜１４について、説明する。温度低下勾配推定手段１１は、停止冷却水温度Ｔｗ１と大気温度Ｔ＿ａｉｒとを用いて、停止中の冷却水の予想温度低下勾配Ｇｒを推定する手段である。

車両が運転されると、エンジン冷却水の温度は、エンジン１からの受熱により上昇する。車両の暖気後には、図３に示すように、サーモスタット（図示せず）の開弁温度付近の温度を示す。しかし、エンジン１が停止されるとその温度は、車両が停止されている時間により徐々に大気温度に収束する。この燃料の温度が大気温度に時間の経過と共に収束することを利用して、エンジン１のソーク時間を判定する。

よって、温度低下勾配推定手段１１は、図４に示すように、停止冷却水温度Ｔｗ１が停止時の大気温度Ｔ＿ａｉｒに収束すると仮定したときの予想温度低下勾配Ｇｒを導く手段であり、予め実験などにより算出した、様々な大気温度に対応する冷却水の温度低下勾配のマップを用いる方法、又は冷却水の性状などから大気温度Ｔ＿ａｉｒへ温度が収束する様子をシミュレーションする方法などを用いる。この温度低下勾配推定手段１１は、燃料が停止冷却水温度Ｔｗ１から停止大気温度Ｔ＿ａｉｒへ徐々に収束する予想温度低下勾配Ｇｒを推定することができれば、その方法は限定しない。

ソーク判定値算出手段１２は、予想温度低下勾配Ｇｒを用いて、十分にエンジン１がソ
ークされたと判断することができるソーク時間Ｔｓを算出し、そのソーク時間Ｔｓにエンジン１が始動したと仮定したときの仮始動冷却水温度Ｔｗ２’を算出し、停止冷却水温度Ｔｗ１と仮始動冷却水温度Ｔｗ２’との差分の値であるソーク判定値Ｖｊを算出する手段である。このソーク判定値算出手段１２で算出されるソーク時間Ｔｓは、冷却水の温度が、予想温度低下勾配Ｇｒにおいて、少なくとも停止大気温度Ｔ＿ａｉｒから約０度〜１０度高い温度まで低下するまでの時間を示す。

ソーク時間判定手段１３は、冷却水温度センサ２２が計測した停止冷却水温度Ｔｗ１と、始動冷却水温度Ｔｗ２との差分の値である判定用温度偏差値ΔＴｗを算出し、判定用温度偏差値ΔＴｗとソーク判定値Ｖｊとを比較する手段である。このソーク時間判定手段１３で、判定用温度偏差値ΔＴｗがソーク判定値Ｖｊよりも大きい場合に、エンジン１が十分にソークされたと判定し、判定用温度偏差値ΔＴｗがソーク判定値Ｖｊ以下の場合に、エンジン１が十分にソークされていないと判定する。

異常診断手段１４は、予めＥＣＵ１０に記憶していた異常判定値Ｖｄを呼び出し、また、燃料温センサ２１のエンジン１の始動時の始動燃料温度Ｔａと、ＩＭＴセンサ２３のエンジン１の始動時の始動吸気温度Ｔｂとの偏差値である診断用温度偏差値ΔＴａｂを算出する。そして、診断用温度偏差値ΔＴａｂの絶対値と異常判定値Ｖｄとを比較し、診断用温度偏差値ΔＴａｂの絶対値が異常判定値Ｖｄよりも大きい場合に、燃料温度センサ２１とＩＭＴセンサ２３の少なくともどちらか一方が故障していると判断し、診断用温度偏差値ΔＴａｂの絶対値が異常判定値Ｖｄ以下の場合に、燃料温度センサ２１とＩＭＴセンサ２３とが正常と判断する。

次に、本発明の実施の形態の内燃機関の温度センサの異常診断方法について、図５、及び図６を参照しながら説明する。この温度センサの異常診断方法は、前述の図７で示す方法のステップＳ２Ｘ〜Ｓ４Ｘまでを、図５に示すように、エンジン１が十分にソークされたか否かを判断するステップＳ１０に代えた方法である。よって、ここではそのステップＳ１０について説明する。

図６に示すように、ステップＳ１０では、まず、ステップＳ１１で、冷却水温度センサ２２がエンジン１の停止時の停止冷却水温度Ｔｗ１を計測する。次に、ステップＳ１２で、停止冷却水温度Ｔｗ１と停止大気温度Ｔ＿ａｉｒとから、予想温度低下勾配Ｇｒを推定する。

次に、ステップＳ１３で、予想温度低下勾配Ｇｒからエンジン１が十分にソークされたとするソーク時間Ｔｓを算出し、そのソーク時間Ｔｓにエンジン１を始動すると、仮定したときの仮始動冷却水温度Ｔｗ２’を算出する。

次に、ステップＳ１４で、イグニッションキー７ａがオンになったか否かを判断して、イグニッションキー７ａがオンになった場合に、ステップＳ１５で、冷却水温度センサ２２がエンジン１の始動時の始動冷却水温度Ｔｗ２を計測する。

次に、ステップＳ１６で、停止冷却水温度Ｔｗ１と仮始動冷却水温度Ｔｗ２’とからソーク判定値Ｖｊを算出する。このソーク判定値Ｖｊは停止冷却水温度Ｔｗ１と仮始動冷却水温度Ｔｗ２’との差分の値である。次に、ステップＳ１７で、停止冷却水温度Ｔｗ１と始動冷却水温度Ｔｗ２とから判定用温度偏差値ΔＴｗを算出する。この判定用温度偏差値ΔＴｗは、停止冷却水温度Ｔｗ１と始動冷却水温度Ｔｗ２との差分の値である。

次に、ステップＳ１８で、判定用温度偏差値ΔＴｗがソーク判定値Ｖｊよりも大きいか否かを判断する。このステップＳ１８で、判定用温度偏差値ΔＴｗがソーク判定値Ｖｊ以
下の場合は、ステップＳ１９ａで、エンジン１が十分にソークされていないと判断され、図５に示す、ステップＳ１０の結果がＮｏとなり、温度センサの異常診断方法を行わずに完了する。

一方、ステップＳ１８で、判定用温度偏差値ΔＴｗがソーク判定値Ｖｊよりも大きい場合は、ステップＳ１９ｂで、エンジン１が十分にソークされたと判断され、図５に示す、ステップＳ１０の結果がＹｅｓとなり、ステップＳ５へと進み温度センサＡと温度センサＢを用いて、温度センサＡ及びＢの異常診断を行って、完了する。

この温度センサの異常診断方法によれば、冷却水が徐々に大気温度へと収束する際に描く温度低下勾配を利用することにより、ソーク時間タイマーを必要としない、エンジン１のソーク時間を判定して、温度センサの異常を診断することができる。これにより、ソーク時間タイマーを設ける必要がなくなるため、より安価なシステムを提供することができる。

また、通常のエンジンであれば備えている冷却水温度センサ２２を利用しているので、既存のエンジンにも特別な装置を追加しなくても、温度センサの異常を診断することができる。

上記の温度センサの異常診断方法は、冷却水の温度低下勾配を利用して、エンジン１が十分にソークされたか否かを判定することができればよく、ステップを入れ替えてもよい。例えば、ステップＳ１の後に、ステップＳ１１を行い、次にステップＳ１４が行われてから、ステップＳ１２からを行ってもよい。

また、上記の温度センサの異常診断方法で用いているエンジン１のソーク時間を判定するステップは、温度センサの異常診断方法に限定せず、例えば、エンジン１に暖気が必要であるか否かを判断する方法や、インジェクタ２ｄの燃料噴射量を制御する方法にも利用することができる。

本発明の内燃機関は、各種温度センサの異常を診断する際に、エンジンソーク時間タイマーを必要とせずにエンジンのソーク時間を判断することができるので、エンジンの制御システムを容易化し、また、エンジンの制御システムを安価にすることができるので、特に温度センサを用いて電子制御されているエンジンを搭載した車両に利用することができる。

１ エンジン（内燃機関）
２ 燃焼システム
３ 燃料供給システム
４ 吸気システム
５ 排気システム
６ 冷却システム
７ 操作システム
８ 報知装置
１０ ＥＣＵ（制御装置）
２１ 燃料温度センサ
２２ 冷却水温度センサ
２３ ＩＭＴセンサ（吸気温度センサ）
２４ ＥＧＲセンサ
２５ 排気温度センサ

Claims (4)

1. 冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを備える共に、該冷却水温度センサと少なくとも１つの温度計測用センサの中から少なくとも２つの診断用温度センサを選択して、該診断用温度センサの異常を診断する制御装置を備えた内燃機関において、
   前記制御装置が、内燃機関停止時の大気温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関停止時の燃料の停止冷却水温度とから、内燃機関停止中の冷却水の予想温度低下勾配を推定する手段と、
   前記停止冷却水温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関始動時の冷却水の始動冷却水温度と、前記予想温度低下勾配を用いて、内燃機関が十分にソークされたと判定する手段と、
   前記内燃機関が十分にソークされたと判定されると、内燃機関始動時の各前記診断用温度センサの温度差である診断用温度偏差値を算出し、該診断用温度偏差値の絶対値が予め定めた異常判定値よりも大きくなると前記診断用温度センサの異常を検知する手段と、を備えることを特徴とする内燃機関。
2. 前記制御装置が、前記予想温度低下勾配から、内燃機関が十分ソークしてから始動すると仮定したときの仮始動冷却水温度を算出し、前記停止冷却水温度と該仮始動冷却水温度との差であるソーク判定値を算出する手段と、
   前記停止冷却水温度と前記始動冷却水温度とから求まる判定用温度偏差値が、前記ソーク判定値よりも大きい場合に、内燃機関が十分にソークされたと判定する手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを備える共に、該冷却水温度センサと少なくとも１つの温度計測用センサの中から少なくとも２つの診断用温度センサを選択して、該診断用温度センサの異常を診断する制御装置を備えた内燃機関の温度センサの異常診断方法において、
   内燃機関停止時の大気温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関停止時の冷却水の停止冷却水温度とから、内燃機関停止中の冷却水の予想温度低下勾配を推定する工程と、
   前記停止冷却水温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関始動時の冷却水の始動冷却水温度と、前記予想温度低下勾配を用いて、内燃機関が十分にソークされたと判定する工程と、
   前記内燃機関が十分にソークされたと判定されると、内燃機関始動時の各前記診断用温度センサの温度差である診断用温度偏差値を算出し、該診断用温度偏差値の絶対値が予め定めた異常判定値よりも大きくなると前記診断用温度センサの異常を検知する工程と、を含むことを特徴とする内燃機関の温度センサの異常診断方法。
4. 前記予想温度低下勾配から、内燃機関が十分ソークしてから始動すると仮定したときの仮始動冷却水温度を算出し、前記停止冷却水温度と該仮始動冷却水温度との差であるソーク判定値を算出する工程と、
   前記停止冷却水温度と前記始動冷却水温度とから求まる判定用温度偏差値が、前記ソーク判定値よりも大きい場合に、内燃機関が十分にソークされたと判定する工程と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の温度センサの異常診断方法。