JP2014020346A - サーモスタットの故障診断装置及び故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、エンジンの自動停止中における冷却水の温度推定精度を確保すると共に、高精度な故障診断を実施できるようにする。
【解決手段】エンジン１０の冷却水の実水温に応じてラジエータ１３へ流れる冷却水を制御するサーモスタット１４の故障診断装置であって、実水温WTを検出する実水温検出手段１６と、冷却水の推定水温を算出する推定水温算出手段２２と、エンジン１０の冷態始動時において、実水温検出手段１６で検出された実水温WTと推定水温算出手段２２で算出された推定水温とを比較することでサーモスタット１４が開弁故障しているか否かを診断する故障診断手段２３と、を備える。推定水温算出手段２２は、少なくともエンジン１０の自動停止中を含むエンストモードでは、エンジン１０の自動停止直前に算出した推定水温に実水温WTの温度挙動を適用してエンストモードでの推定水温を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの冷却系に装備されるサーモスタットの開弁故障を診断する故障診断装置及び故障診断方法に関する。

エンジンの冷却水が循環する冷却通路には、ラジエータ及びサーモスタットが介装される。サーモスタットは、冷却水の温度が所定の温度以上のときは開弁し、冷却水をラジエータへ循環させて放熱させる。一方、サーモスタットは、冷却水の温度が所定の温度未満のときは閉弁し、冷却水をラジエータへ循環させず（ラジエータをバイパスさせて）、温度を上昇させる。
このようなエンジン冷却系において、サーモスタットが開弁したまま固着して故障すると、冷却水の温度が所定の温度未満であっても冷却水がラジエータを循環する。そのため、速やかに冷却水の温度を上昇させることができず、エンジンの暖機に時間がかかり、燃費の悪化やエミッションの増加を招く。

そこで、従来からサーモスタットの開弁故障を診断する手法が提案されている。例えば、特許文献１に記載の装置では、エンジンの冷却水温度を推定して求めた推定温度と、実際に検出して求めた実温度とを、基準温度と比較することでサーモスタットが正常に作動しているか、または故障しているかを判定している。さらにこの装置は、判定精度を高めるために、誤診断をしやすい車両の運転条件のときに判定結果を取り消す処理を実施している。

特許第４６６１７６７号公報

ところで、エンジンの冷却水温度は、冷却水の受熱量及び放熱量を用いて推定されることがあるが、冷却水の受熱状態や放熱状態はエンジン作動時と停止時とでは異なるため、エンジン作動時と停止時とで異なる演算を行って推定する必要がある。しかしながら、エンジン作動時と停止時とで異なる演算式を用いて推定すると、その分演算負荷が増大してしまう。一方、エンジン作動時と停止時とで異なる演算式を用いなければならないところを同じ演算式を用いた場合は、冷却水の温度の推定精度の低下を招く。

また、アイドリングストップ機能を有する車両は、エンジンが停止している時間（自動停止している時間を含む）がアイドリングストップ機能を有さない車両に比べて長くなる。そのため、仮にエンジン作動時と停止時とで同じ演算式を用いて演算した場合、冷却水の温度推定精度が低下して、サーモスタットの故障診断において誤判定をするおそれが生じ得る。さらに近年では、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）のように、長時間エンジンを自動停止させたまま走行する車両も実用化されており、故障診断において誤判定をするおそれは増大しかねない。

上記した特許文献１の装置では、アイドリングストップ中及びアイドリングストップ復帰から所定時間内は誤診断をしやすい車両の運転条件であるとして、故障診断した判定結果を取り消す処理を施している。しかしながら、判定結果を取り消す処理を施していては、サーモスタットが正常であるのか否かの結果を得ることができず、結果を得るには新たな故障診断をまた初めから行う必要があるため、サーモスタットの状態を即座に把握することができない。特に長時間エンジンを自動停止させたまま走行できる車両の場合は、冷却水の温度推定精度が著しく低下するため誤診断を抑制するためには自動停止復帰からの所定時間を長時間化しなければならず、判定結果を取り消す機会がそれだけ増えることになるため長時間判定結果を得ることができない。

本件はこのような課題に鑑み案出されたもので、簡素な構成で、エンジンの自動停止中における冷却水の温度推定精度を確保すると共に、高精度な故障診断を実施できるようにした、サーモスタットの故障診断装置及び故障診断方法を提供することを目的とする。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示するサーモスタットの故障診断装置は、車両に搭載されるエンジンの冷却水の実水温に応じてラジエータへ流れる前記冷却水を制御するサーモスタットの故障診断装置であって、前記実水温を検出する実水温検出手段と、前記冷却水の推定水温を算出する推定水温算出手段と、前記エンジンの冷態始動時において、前記実水温検出手段で検出された前記実水温と前記推定水温算出手段で算出された前記推定水温とを比較することで前記サーモスタットが開弁故障しているか否かを診断する故障診断手段と、を備える。前記推定水温算出手段は、少なくとも前記エンジンの自動停止中を含むエンストモードでは、前記エンジンの自動停止直前に算出した推定水温に前記実水温の温度挙動を適用して前記エンストモードでの推定水温を算出することを特徴としている。

（２）また、前記推定水温算出手段は、前記エンストモードでは、前記推定水温が前記実水温の温度勾配と同一の温度勾配で変化するものとして算出することが好ましい。すなわち、前記推定水温算出手段は、前記エンストモードでは前記エンジンの自動停止直前に算出した推定水温を開始温度として、該開始温度から前記実水温の傾きと同じ傾きで前記推定水温が変化するものとして前記推定水温を算出することが好ましい。

（３）また、前記車両が前記エンストモードであるか否かを判定するモード判定手段を備えることが好ましい。このとき、前記モード判定手段は、前記エンジンの自動停止後の再始動時から所定時間が経過するまでの間も前記エンストモードであると判定することが好ましい。つまり、前記モード判定手段は、前記エンジンの冷態始動後、例えばアイドリングストップ等で前記エンジンが自動停止した時から前記エンジンが再始動した後所定時間が経過するまでの間を前記エンストモードであると判定することが好ましい。

（４）さらに、前記モード判定手段は、前記所定時間を前記エンジンの自動停止中における前記実水温の温度変化量に応じて増減させることがより好ましい。また、前記モード判定手段は、前記エンジンの自動停止中における前記実水温の温度変化量に代えて、前記エンジンが自動停止している時間（停止時間）に応じて前記所定時間を増減させてもよい。前記停止時間が長ければ前記実水温の温度変化量は大きくなり、前記停止時間が短ければ前記実水温の温度変化量は小さくなるため、前記エンジンの自動停止中における前記実水温の温度変化量と前記停止時間とは相関関係を有するためである。

（５）また、前記故障診断手段は、前記エンストモードでは前記実水温と前記推定水温との比較を中断し、前記エンストモードの解除時に該比較を再開することが好ましい。
（６）このとき、前記推定水温算出手段は、前記エンストモードの解除時において、前記自動停止直前から前記解除時までの間の前記実水温の温度変化量を前記自動停止直前に算出した前記推定水温に加算することがより好ましい。

（７）また、ここで開示するサーモスタットの故障診断方法は、車両に搭載されるエンジンの冷却水の実水温に応じてラジエータへ流れる前記冷却水を制御するサーモスタットの故障診断方法であって、前記エンジンが冷態始動であるか否かを判定し、前記エンジンの冷態始動時であれば、前記実水温を検出するとともに、少なくとも前記エンジンの自動停止中を含むエンストモードにおいて前記エンジンの自動停止直前に算出した推定水温に前記実水温の温度挙動を適用して前記エンストモードでの推定水温を算出し、前記実水温と前記推定水温とを比較して前記サーモスタットが開弁故障しているか否かを診断することを特徴としている。

開示のサーモスタットの故障診断装置によれば、冷却水の実水温と推定水温とを比較してサーモスタットが開弁故障しているか否かを診断する装置において、少なくともエンジンの自動停止中を含むエンストモードでは、エンジンの自動停止直前に算出された推定水温に実水温の温度挙動を適用してエンストモードでの推定水温が算出される。そのため、エンジンの自動停止中における推定水温の推定精度の低下を防止することができる。つまり、エンストモードでの推定水温を実水温の温度挙動から求めるため、実際の冷却水の温度変化（すなわち実水温の変化）から大幅にずれるようなことがなく、エンジンの自動停止中であっても冷却水の温度推定精度を確保することができる。

これにより、推定精度の高い推定水温を用いてサーモスタットの故障診断を行うことできるので、故障診断の精度を向上させることができる。また、自動停止直前に算出した推定水温に実水温の温度挙動を適用するだけの構成なので、演算負荷の増大を抑制することができ、簡素な構成とすることができる。

同様に、開示のサーモスタットの故障診断方法によれば、少なくともエンジンの自動停止中を含むエンストモードでは、エンジンの自動停止直前に算出された推定水温に実水温の温度挙動を適用してエンストモードでの推定水温が算出され、この推定水温と実水温とを比較してサーモスタットの開弁故障診断が行われる。そのため、エンジンの自動停止中における推定水温の推定精度の低下を防止することができ、エンジンの自動停止中であっても冷却水の温度推定精度を確保することができる。これにより、推定精度の高い推定水温を用いてサーモスタットの故障診断を行うことできるので、故障診断の精度を向上させることができる。また、自動停止直前に算出した推定水温に実水温の温度挙動を適用するだけなので、演算負荷の増大を抑制することができ、簡単に故障診断を行うことができる。

一実施形態に係るサーモスタットの故障診断装置のブロック構成及びこの故障診断装置が適用されたエンジンの冷却流路を例示する図である。 一実施形態に係る故障診断装置によってサーモスタットが正常であると診断される場合を説明するための図であり、（ａ）はエンジン回転数，（ｂ）はモード，（ｃ）は冷却水の温度，（ｄ）は故障判定カウンタの経時変化をそれぞれ示す。 一実施形態に係る故障診断装置によってサーモスタットが故障していると診断される場合を説明するための図であり、（ａ）はエンジン回転数，（ｂ）はモード，（ｃ）は冷却水の温度，（ｄ）は故障判定カウンタの経時変化をそれぞれ示す。 モード判定部によって実行されるフローチャートであり、（ａ）はエンジン始動時の判定フロー、（ｂ）は通常の走行モードかエンストモードかを判定するフローである。 推定水温算出部によって実行されるフローチャートである。 故障診断部によって実行されるフローチャートである。

以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。ここでは、エンジン及びモータが併用されて駆動されるプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＥＶ）を例に挙げて説明する。

［１．装置構成］
図１には、本実施形態に係る故障診断装置が適用されたエンジン１０の冷却流路１１を示す。冷却流路１１は、エンジン１０のウォータジャケット（図示略）を流れる冷却水が流通する通路である。冷却流路１１は、ウォータジャケットから流出して第一循環流路１１ａと第二循環流路１１ｂとに分岐し、ウォータポンプ（ＷＰ）１２の上流側で合流して再びエンジン１０のウォータジャケットに流入する。

ウォータポンプ１２は、エンジン１０の動力を利用して冷却水を循環させる機械式ポンプであり、ウォータポンプ１２から吐出される冷却水の流量Qはエンジン回転数Neに比例する。そのため、例えば車両がエンジン走行からモータ走行に切り換えられると、エンジン１０は自動的に停止され、ウォータポンプ１２も停止して冷却水は循環しなくなる。また、例えば車両が信号待ちなどでアイドリングストップする場合も、エンジン１０は自動的に停止され、これによりウォータポンプ１２も停止して冷却水は循環しなくなる。以下、このようにエンジン１０が自動的に停止される場合を、「エンジン１０の自動停止」と呼ぶ。つまり、エンジン１０の自動停止とは、ドライバの意思とは無関係にコンピュータによってエンジン１０が自動的に停止されることをいう。

第一循環流路１１ａにはラジエータ１３及びサーモスタット１４が介装され、冷却水はラジエータ１３を通過することで放熱されて冷やされる。また、第一循環流路１１ａは、ラジエータ１３の上流側とサーモスタット１４の下流側とを接続し、ラジエータ１３及びサーモスタット１４を迂回するバイパス流路１１ｃを有する。

サーモスタット１４は、冷却水の温度（実水温）WTに応じて開閉する弁機構であり、開閉によってラジエータ１３に流れる冷却水の流通を制御する。サーモスタット１４は、実水温WTが低ければ弁を閉鎖して冷却水をバイパス流路１１ｃへ流し、実水温WTが高ければ弁を開放して冷却水をラジエータ１３へ導く。これにより、実水温WTが低いときはラジエータ１３を迂回させて速やかに冷却水を昇温させ、実水温WTが高いときはラジエータ１３で放熱させて冷却水を冷却する。

第二循環流路１１ｂには、図示しない空調装置の一部であるヒータ１５が介装される。ヒータ１５は、エンジン１０を冷却した冷却水の熱を吸収し、この熱を利用して空気を加熱して車室内の暖房として利用する。つまり、冷却水はヒータ１５を通過する際にも放熱される。

冷却流路１１には、冷却水の実水温WTを検出する温度センサ（実水温検出手段）１６が設けられる。温度センサ１６の位置は特に限定されず、図１に示すように第一循環流路１１ａの上流側でもよく、ウォータジャケットやウォータポンプ１２の近傍であってもよい。また、エンジン１０のクランクシャフト（図示略）の近傍には、エンジン回転数Neを検出する回転数センサ１７が設けられる。また、車両には、自車両の車速Vを検出する車速センサ１８が設けられる。これら温度センサ１６，回転数センサ１７及び車速センサ１８で検出された実水温WT，回転数Ne及び車速Vの各情報は、随時車両ＥＣＵ２０に伝達される。

車両には、図示しないモータと、モータの電力源となるバッテリとが搭載される。モータは、バッテリの電力を消費して車両を走行させる機能と、制動時や慣性走行時における車両の慣性を利用した発電によって電力を回生する機能とを兼ね備えたモータ・ジェネレータである。車両をエンジン１０で走行させるか、あるいはモータで走行させるか、又はエンジン１０及びモータを共に駆動させるかは、車両ＥＣＵ２０によって制御される。

車両には、車両を統合制御する車両ＥＣＵ２０（電子制御装置；Electric Control Unit）が設けられる。車両ＥＣＵ２０は、各種演算処理を実行するＣＰＵ，その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ，ＣＰＵでの演算結果等が一時的に記憶されるＲＡＭ，外部との間で信号を入出力するための入出力ポート，制御時間をカウントするタイマ等を備えたコンピュータである。車両ＥＣＵ２０の入力側には、温度センサ１６，回転数センサ１７及び車速センサ１８が接続される。また、車両ＥＣＵ２０の出力側には、図示しない他のＥＣＵ（例えばエンジンＥＣＵ，モータＥＣＵ，バッテリＥＣＵ，空調ＥＣＵ，ブレーキＥＣＵ等）が接続される。車両ＥＣＵ２０は、バッテリの充電量や車速等の情報に基づいて、エンジン１０及びモータの制御を実施する。

以下、車両ＥＣＵ２０で実施される制御のうち、サーモスタット１４の故障診断に関する制御について説明する。サーモスタット１４は、上記したように実水温WTに応じて開閉することで冷却水の流れを制御する。しかしながら、サーモスタット１４が開弁したまま固着して故障すると（以下、この故障形態を開弁故障という）、実水温WTが低い状態でも冷却水がラジエータ１３を流通して速やかに昇温しなくなり、燃費の悪化やエミッションの増加を招く。そのため、車両ＥＣＵ２０ではサーモスタット１４の開弁故障が診断される。

［２．制御構成］
車両ＥＣＵ２０は、車両状態を把握してモード判定を実施するモード判定部２１としての機能要素と、冷却水の温度を推定する推定水温算出部２２としての機能要素と、サーモスタット１４の開弁故障を診断する故障診断部２３としての機能要素とを有する。

車両ＥＣＵ２０では、エンジン１０の冷態始動後、実際に温度センサ１６で検出された実水温WTと、推定水温算出部２２で算出された推定水温WTcとを比較して、サーモスタット１４の故障診断が実施される。この故障診断は図示しないＩＧスイッチがオンにされたとき（以下、キーオンという）から、ＩＧスイッチがオフにされるとき（以下、キーオフという）までの間に一度だけ実施される。なお、推定水温算出部２２で算出される推定水温WTcは、エンジン１０の作動状態に応じて推定される温度であり、サーモスタット１４が正常な場合は推定水温WTcと実水温WTとが略同じ温度となる。本実施形態では特に、少なくともエンジン１０の自動停止中を含むエンストモードにおける、推定水温WTcの算出及び故障診断に特徴がある。

モード判定部（モード判定手段）２１は、温度センサ１６で検出される実水温WT及び回転数センサ１７で検出されるエンジン回転数Neから、車両がエンストモード（エンジンストップモード）であるか否かを判定するものである。モード判定部２１は、ここではエンジン１０の自動停止後の再始動時から所定時間ｔ_Aが経過するまでの間もエンストモードであると判定する。つまりエンストモードとは、エンジン１０の冷態始動後、エンジン１０が自動停止した時から、エンジン１０が再始動した後所定時間ｔ_Aが経過するまでの間を意味する。なお、ここでは所定時間ｔ_Aは予め設定された一定値である。

モード判定部２１は、キーオン時に一度だけエンジン１０が冷態始動であるか否かを判定する。モード判定部２１は、温度センサ１６で検出された実水温WTと所定温度WT_Sとを比較し、実水温WTが所定温度WT_S未満であれば冷態始動であると判定し、実水温WTが所定温度WT_S以上であれば温態始動であると判定する。なお、この所定温度WT_Sは、エンジン１０が冷態であるか温態であるかを判断するための閾値であり、始動時判定温度WT_Sと呼ぶ。

モード判定部２１は、エンジン１０が冷態始動であると判定したときのみ、エンジン１０の回転数Neからエンジン１０が作動している通常の走行モードであるか、エンジン１０が自動停止しているエンストモードであるかを判定する。エンジン１０がキーオフされていないにもかかわらず自動停止している（すなわち、回転数Neがゼロである）と判定したときは、エンストモードであると判定する。その後、エンジン１０が再始動されたら、再始動時から所定時間ｔ_Aが経過するまでの間はエンストモードであると判定し、所定時間ｔ_Aを経過した後は通常の走行モードであると判定する。

ここで、通常の走行モードとエンストモードとを区別するのは、以下の推定水温算出部２２における推定水温WTcの推定精度を確保するためである。エンジン１０が自動停止するとウォータポンプ１２も停止するため、冷却水が冷却流路１１内を循環しなくなる。そのため、エンジン１０が作動しているときに用いていた演算手法で推定水温WTcを算出すると、実水温WTとの差が大きくなってしまい、故障診断の精度を低下させてしまうからである。

また、エンジン１０の自動停止中だけでなく、エンジン１０の再始動時から所定時間ｔ_Aが経過するまでをエンストモードとする理由について説明する。エンジン１０が再始動すると、冷却水は再び冷却流路１１内を循環し始める。しかし、エンジン１０の再始動直後は、水温推定箇所の冷却水の受熱状態と放熱状態とが不安定であるため、冷却水の推定精度が低い場合がある。また、エンジン１０の自動停止中に冷却流路１１内を漂っていた冷却水には、位置によって温度のむらが生じ、温度の低い部分もあればそれほど温度が低下していない部分もある。そのため、エンジン１０の再始動直後から温度センサ１６で検出される実水温WTの値にはばらつきが生じ、故障診断の精度が低下する場合もある。そこで、エンジン１０の自動停止後の再始動後、少なくとも冷却水の温度のむらがなくなる程度に冷却流路１１内を循環するまで待機する。この待機時間が所定時間ｔ_Aである。なお、モード判定部２１によるモード判定は、故障判定が一度実施された後は実施されない。

推定水温算出部（推定水温算出手段）２２は、通常の走行モードとエンストモードとで異なる手法により冷却水の温度（推定水温）WTcを推定する。推定水温算出部２２は、通常の走行モードでは、単位時間当たりの冷却水の受熱量（受熱状態）Q_Aと放熱量（放熱状態）Q_Cとからトータルの熱量（総熱量）Q_Tを求め、この総熱量Q_Tから水温変化量（温度変化量）ΔWTcを求める。そして、この水温変化量ΔWTcを足し合わせることで推定水温WTcを算出する。なお、単位時間当たりの水温変化量ΔWTcは温度勾配（傾き）に対応する。なお、冷却水の受熱量Q_A及び放熱量Q_Cは、例えばエンジン１０の回転数Neや車速V等に基づいて算出される。

一方、推定水温算出部２２は、エンストモードでは、エンストモードに入る直前（すなわち、エンジン１０の自動停止直前）に算出した推定水温WTcを開始温度WTc₀として、この開始温度WTc₀に温度センサ１６で検出された実水温WTの温度挙動を適用することでエンストモードでの推定水温WTcを算出する。つまりエンストモードでの推定水温WTcは、開始温度WTc₀から実水温WTと同じ温度勾配で温度が変化するものとして算出される。これは、推定水温WTcは通常の走行モードでは上記したように冷却水の受熱量Q_Aと放熱量Q_Cとを用いて算出されるところ、エンジン１０の自動停止中ではこの演算手法を用いることができないため、通常の走行モードで用いる演算手法で推定水温WTcを算出すると、推定精度が低下してしまうからである。

故障診断部（故障診断手段）２３は、温度センサ１６で検出された実水温WTと、推定水温算出部２２で算出された推定水温WTcとを比較することで、サーモスタット１４が開弁故障しているか否かを診断するものである。サーモスタット１４が正常である場合は、エンジン１０の冷態始動時は冷却水の実水温WTが低いため、サーモスタット１４は閉弁し、ラジエータ１３を迂回して循環する。これにより冷却水は速やかに昇温されるため、実水温WTは推定水温WTcよりも早く上昇する。一方、サーモスタット１４が開弁故障している場合は、冷却水はエンジン１０の冷態始動時からラジエータ１３へ導かれるため、昇温されるまでに時間を要し、推定水温WTcの方が実水温WTよりも先に上昇する。故障診断部２３は、このような温度上昇の違いを用いてサーモスタット１４の開弁故障を診断する。

故障診断部２３は、以下の条件（１）〜（３）が全て成立したときにサーモスタット１４は「開弁故障している」と診断する。
（１）実水温WTが所定温度WT_TH未満である。
（２）推定水温WTcが所定温度WT_TH以上である。
（３）条件（２）の成立時から、条件（２）が成立している状態が所定時間ｔ_B経過した。
また、故障診断部２３は、以下の条件（４）が成立したときにサーモスタット１４は「正常である」と診断する。
（４）実水温WTが所定温度WT_TH以上である。

つまり、条件（２）が成立していても、条件（１）が成立しなくなったとき、言い換えると条件（４）が成立したときは、サーモスタット１４は「正常である」と診断される。なお、ここでいう所定温度WT_THは、サーモスタット１４が正常であるか否かを診断するための閾値温度である。また、故障診断部２３は、条件（３）について、ここでは条件（２）の成立時にカウンタ（以下、このカウンタを故障診断カウンタともいう）をスタートさせ、カウンタ値Nが所定値N_THに達したときに成立したと診断する。なお、ここでいう所定値N_THは、所定時間ｔ_Bに対応する値である。

故障診断部２３は、モード判定部２１で判定されたモードが通常の走行モードである場合は、故障診断カウンタのカウンタ値Nを積算し、故障診断を実施する。一方、モード判定部２１で判定されたモードがエンストモードである場合は、故障診断カウンタを一時停止させ、カウンタ値Nの積算を中断する。そして、エンストモードから通常の走行モードへ移行したとき（エンストモードの解除時）に、故障診断カウンタを再スタートさせて故障判定を再開し、一時停止直前のカウンタ値Nから積算を再開する。つまり、故障診断を実施するのはエンストモード以外の通常の走行モードのみである。これは、エンストモードでは、推定水温WTcを実水温WTの挙動に合わせて算出するという簡易な手法で推定するため、サーモスタット１４の故障診断の誤判定を確実に防止するためである。

以下、図２及び図３を用いて、本故障診断装置によるサーモスタット１４の故障診断について説明する。図２及び図３において、（ａ）はエンジン回転数Ne，（ｂ）はモード，（ｃ）は冷却水の温度，（ｄ）は故障診断カウンタの経時変化をそれぞれ示す。なお、図２（ｂ）及び図３（ｂ）において、ONはエンストモードであることを意味し、OFFはエンストモードではない（すなわち、通常の走行モードである）ことを意味する。

図２（ａ），（ｂ）及び図３（ａ），（ｂ）に示すように、エンジン１０の始動時ｔ₀の冷却水の実水温WTが、始動時判定温度WT_S未満である冷態始動において、時刻ｔ₁でエンジン１０が自動停止し、時刻ｔ₂でエンジン１０が再始動したとする。時刻ｔ₁からｔ₂まではエンジン回転数Neがゼロとなり、それ以外の時間では所定の値となる。なお、図２（ａ）及び図３（ａ）では回転数Neが一定になっているが、回転数Neの大きさは特に限られない。また、エンジン回転数Neがゼロになった時刻ｔ₁において車両はエンストモードになり、エンジン１０が再始動した時刻ｔ₂から所定時間ｔ_Aが経過した時刻ｔ₃までエンストモードが継続する。そして、時刻ｔ₃において通常の走行モードへ移行する。なお、時刻ｔ₀からｔ₁までの時間も通常の走行モードである。

冷却水の実水温WTは、通常の走行モードでは上昇し、エンストモードでは緩やかに低下する。サーモスタット１４が正常である場合は、図２（ｃ）に示すように、実水温WTは速やかに昇温され、推定水温WTcよりも先に所定温度WT_TH以上となる。このときの時刻をｔ₄とすると、故障診断部２３は、時刻ｔ₄において上記条件（４）が成立したためサーモスタット１４が「正常である」と診断する。

なお、冷却水の推定水温WTcは、通常の走行モードでは上述した演算手法によって求められ、実水温WTよりもやや小さな値となるものの、同じような挙動で上昇する。また、エンストモードでは、エンストモードに移行する直前（時刻ｔ₁）の推定水温WTcを開始温度WTc₀とし、この開始温度WTc₀に実水温WTの温度挙動が適用される。つまり、時刻ｔ₁からｔ₃までのエンストモードでは、実水温WTの温度勾配と同一の温度勾配で推定水温WTcが変化する。

図２（ｄ）には故障診断カウンタを示す。この故障診断カウンタは、上記条件（２）が成立したときにカウントをスタートさせる。ここでは、時刻ｔ₄においてサーモスタット１４が正常であると診断されるため、カウンタ値Nはゼロのまま変化しない。

一方、サーモスタット１４が開弁故障している場合は、図３（ｃ）に示すように、冷却水がラジエータ１３を流通するため実水温WTはなかなか昇温されず、推定水温WTcの方が先に所定温度WT_TH以上となる。このときの時刻をｔ₅とすると、故障診断部２３は、時刻ｔ₅において上記条件（１）に加えて条件（２）も成立したため故障診断カウンタをスタートさせる。カウンタ値Nを積算している時刻ｔ₁において車両がエンストモードに移行すると、故障診断カウンタは一時停止され、時刻ｔ₁でのカウンタ値Nを保持する。

時刻ｔ₁からｔ₃までのエンストモードでは、開始水温WTc₀に実水温WTの挙動が適用されて、エンストモードでの推定水温WTcが実水温WTと同じ傾きになるように算出される。エンストモード解除時の時刻ｔ₃では、推定水温WTcが所定温度WT_TH未満であるため、カウンタ値Nは保持されたままとなる。そして再び推定水温WTcが所定温度WT_TH以上となった時刻ｔ₆で条件（１）及び（２）が成立するため、故障診断カウンタが再開され、保持されていたカウンタ値Nから積算が再スタートされる。条件（１）及び（２）が成立した状態が継続されると、時刻ｔ₇においてカウンタ値Nが所定値N_THに達し、条件（３）も成立となるため、故障診断部２３は、サーモスタット１４が「開弁故障している」と診断する。

［３．フローチャート］
次に、図４〜図６を用いて車両ＥＣＵ２０で実行されるサーモスタット１４の故障診断の手順の例を説明する。図４（ａ），（ｂ）はモード判定部２１で実行されるフローチャート、図５は推定水温算出部２２で実行されるフローチャート、図６は故障診断部２３で実行されるフローチャートである。これらのフローチャートは、それぞれ、キーオンと共にスタートされ、予め設定された所定周期（例えば、数十[ms]サイクル）で繰り返し実施される。

まず、モード判定部２１で実行されるフローチャートについて説明する。図４（ａ）に示すように、ステップＭ１０では、温度センサ１６により実水温WTが検出され、ステップＭ２０では、実水温WTが始動時判定温度WT_S未満であるか否かが判定される。ステップＭ２０は、エンジン１０が冷態始動であるか否かの判定であり、実水温WTが始動時判定温度WT_S未満であればステップＭ３０へ進み、始動時判定温度WT_S以上であればステップＭ３５へ進む。ステップＭ３０では、フラグZがZ=1に設定され、ステップＭ３５では、フラグZがZ=0に設定される。フラグZは、エンジン１０が冷態始動であるのか、それとも温態始動であるのかを意味するものであり、Z=1が冷態始動，Z=0が温態始動にそれぞれ対応する。なお、初期値はZ=0に設定されている。

ステップＭ３０でフラグZ=1に設定された場合は、ステップＭ４０において、ステップＭ１０で検出された実水温WTが初期実水温WT（0）として記憶され、ステップＭ５０において、ステップＭ１０で検出された実水温WTが初期推定水温WTc（0）として記憶され、このフローを終了する。一方、ステップＭ３５でフラグZ=0に設定された場合は、このフローを終了する。つまり、図４（ａ）のフローは、キーオンされた後一度だけ実施される。

図４（ｂ）に示すように、ステップＳ１０では、フラグZがZ=1であるか否かが判定され、Z=1であればステップＳ２０へ進み、Z=0であればこのフローを終了する。つまり、このフローは冷態始動時のみ実施される。ステップＳ２０では、フラグGがG=0であるか否かが判定され、G=1であればステップＳ３０へ進み、G=0であればステップＳ２２へ進む。ここで、フラグGは、故障診断部２３による診断が実施されたか否かを意味するものであり、G=0が未診断であり、G=1が診断済みであることを意味する。なお、初期値はG=0に設定されている。

ステップＳ３０では、回転数センサ１７によりエンジン回転数Neが検出され、ステップＳ４０では、エンジン回転数Neがゼロより大きいか否かが判定される。エンジン回転数NeがNe>0の場合は、通常の走行モードであるか、あるいはエンジン１０が自動停止した後の再始動後所定時間ｔ_A内のエンストモードであるため、続くステップＳ５０において通常の走行モードであるかエンストモードであるかを判断すべく、フラグFがF=1であるか否かが判定される。ここで、フラグFは、通常の走行モードであるか、それともエンストモードであるかを意味するものであり、F=0が通常の走行モード，F=1がエンストモードにそれぞれ対応する。なお、初期値はF=0に設定されている。

ステップＳ４０においてエンジン回転数NeがNe>0であり、且つステップＳ５０においてフラグFがF=0であるときは、通常の走行モードであると判断されて、フラグFをF=0のまま維持し、この演算周期での制御を終了する。一方、ステップＳ４０においてエンジン回転数NeがNe>0であり、且つステップＳ５０においてフラグFがF=1であるときは、エンジン１０の自動停止後の再始動後所定時間ｔ_A内のエンストモードであると判断され、ステップＳ６０以降のステップが実施される。

また、ステップＳ４０でエンジン回転数NeがNe>0ではない（すなわち、Ne=0である）と判定されたときは、ステップＳ４５においてキーオンであるか否かが判定され、エンジン回転数NeがNe=0であり且つキーオンの場合はエンストモードであると判断される。そして、ステップＳ１０５へ進んでフラグFがF=1に設定され、この演算周期での制御を終了する。

次以降の演算周期においても、フラグGがG=0であって、エンジン回転数NeがNe=0且つキーオンであれば、ステップＳ１０５においてフラグFがF=1に設定され続ける。そして、エンジン１０が再始動されるとエンジン回転数Neがゼロよりも大きくなるため、ステップＳ５０へ進み、フラグFの判定が実施される。ここでは、フラグFがF=1であるため、ステップＳ６０へ進む。

ステップＳ６０では、フラグXがX=0であるか否かが判定される。このフラグXは、タイマAが計測中であるか否かをチェックするための変数であり、X=0がタイマA停止中，X=1がタイマA計測中にそれぞれ対応する。なお、初期値はX=0に設定されている。このタイマAは、エンジン１０が再始動されたときからの時間を計測するものである。つまり、エンジン回転数NeがNe>0であり、フラグFがF=1且つフラグXがX=0であるときは、図２及び図３の時刻ｔ₂の状態に該当するので、ステップＳ７０において所定時間ｔ_Aを計測するためにタイマAをスタートさせる。次いでステップＳ８０ではフラグXがX=1に設定され、ステップＳ９０ではタイマAが所定時間ｔ_A以上であるか否かが判定される。タイマAの計測開始時（すなわち、図２及び図３の時刻ｔ₂）から所定時間ｔ_Aが経過していなければ、この演算周期での制御を終了する。

次の演算周期で、フラグGがG=0であってエンジン回転数Ne>0であれば、ステップＳ５０でフラグFが判定され、続くステップＳ６０でフラグXが判定される。この演算周期ではすでにタイマAが計測を開始しているため、NOルートからステップＳ９０の判定へ進んでフローが繰り返される。ステップＳ９０でタイマAが所定時間ｔ_A以上になったら、ステップＳ１００でフラグFがF=0に設定され、ステップＳ１１０でタイマAがストップ，リセットされ、ステップＳ１２０でフラグXがX=0にゼロリセットされて、この演算周期での制御を終了する。つまり、エンジン１０の再始動時から所定時間ｔ_Aが経過したら、通常の走行モードへ移行する。

ステップＳ２０においてフラグGがG=1であると判定された場合は、ステップＳ２２，Ｓ２４，Ｓ２６へ進み、フラグZ，フラグF及びフラグGがすべてゼロリセットされた後、このフローを終了する。つまり、故障診断部２３による診断が一度実施されるまで（フラグGがG=1に設定されるまで）、又は、キーオフされるまで、本フローチャートが繰り返し実行される。

次に推定水温算出部２２で実行されるフローチャートについて説明する。図５に示すように、ステップＰ１０では、フラグZがZ=1であるか否かが判定され、Z=1であればステップＰ２０へ進み、Z=0であればこのフローを終了する。また、ステップＰ２０では、フラグGがG=0であるか否かが判定され、G=1であればこのフローを終了する。つまり、このフローは冷態始動時であって、故障診断部２３による診断が行われていない場合にのみ実施される。

フラグGがG=0であればステップＰ３０へ進み、前回の演算周期での推定水温WTc（n-1）を取得する。なお、図５のフローチャートでは、今回の演算周期を（n）で表し、前回の演算周期を（n-1）で表す。また、最初の演算周期（すなわちn=1）では、図４（ａ）のステップＭ４０，Ｍ５０で設定した初期値が用いられる。

ステップＰ４０では、フラグFがF=0であるか否かが判定され、F=0（通常の走行モード）であれば、ステップＰ５０へ進む。ステップＰ５０では総熱量Q_Tが演算され、ステップＰ６０では水温変化量ΔWTcが演算され、ステップＰ７０では、ステップＰ３０で取得した推定水温WTc（n-1）にステップＰ６０で演算した水温変化量ΔWTcが加算されて、今回の演算周期での推定水温WTc（n）が演算される。そして、この演算周期での制御を終了する。

一方、F=1（エンストモード）であれば、ステップＰ４５へ進み、前回の演算周期での実水温WT（n-1）が取得される。続くステップＰ５５では今回の演算周期での実水温WT（n）が検出され、ステップＰ６５では実水温WTの変化量ΔWTが演算される。そして、ステップＰ７５では、ステップＰ３０で取得した推定水温WTc（n-1）にステップＰ６５で演算した実水温の変化量ΔWTが加算されて、今回の演算周期での推定水温WTc（n）が演算され、この演算周期での制御を終了する。つまり、エンストモードでの推定水温WTcは、実水温WTの変化量ΔWTが加算されて算出される。

最後に故障診断部２３で実行されるフローチャートについて説明する。図６に示すように、ステップＲ１０では、フラグZがZ=1であるか否かが判定され、Z=1であればステップＲ２０へ進み、Z=0であればこのフローを終了する。つまり、このフローは冷態始動時のみ実施される。ステップＲ２０では、フラグFがF=0であるか否かが判定され、F=0であればステップＲ３０へ進み、F=1であればステップＲ１４０へ進む。

通常の走行モード（F=0）の場合、ステップＲ３０では実水温WTが検出され、ステップＲ４０では推定水温WTcが取得される。ステップＲ５０では、実水温WTが所定温度WT_TH未満であるか否かが判定される。実水温WTが所定温度WT_TH未満であればステップＲ６０に進み、推定水温WTcが所定温度WT_TH以上であるか否かが判定される。推定水温WTcが所定温度WT_TH未満のときは、この演算周期での制御を終了する。一方、実水温WTが所定温度WT_TH未満のときに推定水温WTcが所定温度WT_TH以上であれば、サーモスタット１４が開弁故障している可能性があるため、故障診断カウンタをスタートさせて故障診断を実施する。まず、ステップＲ７０においてフラグYがY=0であるか否かが判定される。ここでフラグYは、故障診断カウンタが積算しているか否かをチェックする変数であり、Y=0がカウンタ停止中，Y=1がカウンタ積算中にそれぞれ対応する。なお、初期値はY=0に設定されている。

故障診断カウンタが停止中であれば、ステップＲ８０においてカウンタがスタートされ、ステップＲ９０でフラグYがY=1に設定される。次いでステップＲ１００ではカウンタ値Nが所定値N_TH以上であるか否かが判定される。カウンタ値Nが所定値N_TH未満のときはこの演算周期での制御を終了する。次周期ではフラグYがY=1であるため、ステップＲ７０の判定でNOルートへ進み、ステップＲ８５においてカウンタ値Nが積算される。なお、ステップＲ８５において前回のカウンタ値Nに加算される加算値N₀は、フローが実施される所定周期と所定値N_TH（所定時間ｔ_B）に応じて設定される。

カウンタ値Nが積算された結果、ステップＲ１００においてカウンタ値Nが所定値N_TH以上であると判定されると、ステップＲ１１０へ進み、サーモスタット１４は「開弁故障している」と診断される。そして、ステップＲ１１０でフラグG及びYがそれぞれG=１，Y=0に設定され、ステップＲ１３０でカウンタがストップ，リセットされてこのフローを終了する。

ステップＲ５０において、実水温WTが所定温度WT_TH以上であればステップＲ１７０へ進み、サーモスタット１４は「正常である」と診断される。つまり、サーモスタット１４が故障していると診断される前に実水温WTが所定温度WT_THに達した場合は、ステップＲ１７０において正常であると診断され、ステップＲ１８０でフラグGがG=1に設定される。なお、このとき故障診断カウンタが積算中の場合（フラグYがY=1の場合）は、ステップＲ１９０の判定でYESルートからステップＲ２００へ進んでカウンタがストップ，リセットされ、ステップＲ２１０でフラグYがゼロリセットされてフローを終了する。また、故障診断カウンタが停止していれば（フラグYがY=0の場合）、そのままフローを終了する。

また、エンストモード（F=1）の場合、ステップＲ２０からステップＲ１４０へ進み、フラグYがY=1であるか否かが判定される。つまり、故障診断カウンタが積算中であるか否かが判定され、積算中（Y=1）であれば、ステップＲ１５０においてカウンタの積算が中断され、その時のカウンタ値Nが保持される。そして、ステップＲ１６０でフラグYがY=0に設定されて、この演算周期での制御を終了する。また、ステップＲ１４０において故障診断カウンタが停止中（Y=0）であれば、そのままこの演算周期での制御を終了する。

［４．効果］
したがって、本実施形態に係るサーモスタット１４の故障診断装置によれば、実水温WTと推定水温WTcとを比較してサーモスタット１４が開弁故障しているか否かを診断する装置において、少なくともエンジン１０の自動停止中を含むエンストモードでは、エンジン１０の自動停止直前に算出された推定水温WTｃに実水温WTの温度挙動を適用してエンストモードでの推定水温WTｃが算出される。そのため、エンジン１０の自動停止中における推定水温WTcの推定精度の低下を防止することができる。

つまり、エンストモードでの推定水温WTcを実水温WTの温度挙動から求めるため、実際の冷却水の温度変化（すなわち実水温WTの変化）から大幅にずれるようなことがなく、エンジン１０の自動停止中であっても冷却水の温度推定精度を確保することができる。これにより、推定精度の高い推定水温WTcを用いてサーモスタット１４の故障診断を行うことできるので、故障診断の精度を向上させることができる。また、自動停止直前に算出した推定水温WTcに実水温WTの温度挙動を適用するだけの構成なので、演算負荷の増大を抑制することができ、簡素な構成とすることができる。

また、エンストモードでは、推定水温算出部２２によって推定水温WTcが実水温WTの温度勾配と同一の温度勾配で変化するものとして算出されるため、簡素な構成で冷却水の温度推定精度を確保することができる。
また、本実施形態では、モード判定部２１がエンジン１０の自動停止中だけでなく、エンジン１０の自動停止後の再始動時から所定時間ｔ_Aが経過するまでの間もエンストモードであると判定するため、冷却水の温度推定精度を確保することができると共に、故障診断の精度も確保することができる。

また、故障診断部２３が、エンストモードでは実水温WTと推定水温WTcとの比較を中断し、エンストモードの解除時にこの比較を再開するため、正常／故障の誤診断を確実に防止することができる。つまり、エンストモードでは、推定水温WTcを簡易な手法で算出しているため、この期間での故障診断を一時中断することで、間違った診断結果を導くことがないようにできる。

［５．その他］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
上記実施形態では、モード判定部２１によりエンストモードであると判定される時間が、エンジン１０の自動停止時からエンジン１０の再始動後所定時間ｔ_Aが経過するまでとされ、さらに所定時間ｔ_Aは予め設定された一定値である場合を説明したが、エンストモードはこれに限られない。

例えば、所定時間ｔ_Aをエンジン１０の自動停止中における実水温WTの変化量ΔWTに応じて増減させてもよい。つまり、モード判定部２１が、予め基準となる所定時間ｔ_Aを記憶しておき、エンジン１０の自動停止中に推定水温算出部２２で算出される実水温WTの変化量ΔWTが大きければこの所定時間ｔ_Aを延長し、反対に実水温WTの変化量ΔWTが小さければこの所定時間ｔ_Aを短縮する構成としてもよい。言い換えると、エンジン１０の再始動後における冷却水の温度のむらがなくなるまでの待機時間（所定時間ｔ_A）を、実水温WTの変化量ΔWTが大きいときは温度むらがなくなるまでに時間がかかると考えて所定時間ｔ_Aを延長し、反対に実水温WTの変化量ΔWTが小さければ温度むらは比較的早くなくなると考えて所定時間ｔ_Aを短縮する。これにより、エンストモードを適切に設定することができる。

なお、基準となる所定時間は、上記実施形態で説明した所定時間ｔ_Aと同一であってもよく、異なる時間であってもよい。また、エンジン１０の自動停止中における実水温WTの変化量ΔWTに代えて、エンジン１０が自動停止している時間（自動停止時間）に応じて所定時間を増減させてもよい。これは、自動停止時間が長ければ実水温WTの変化量ΔWTは大きくなり、自動停止時間が短ければ実水温WTの変化量ΔWTは小さくなるため、エンジン１０の自動停止中における実水温WTの変化量ΔWTと停止時間とは相関関係を有するからである。

また、モード判定部２１は、エンジン１０の自動停止中のみをエンストモードとして判定する構成であってもよい。つまり、エンジン１０の再始動後の所定時間ｔ_Aはエンストモードに含めない構成であってもよい。これにより、エンジン１０の回転数Neのみをモニタしていればエンストモードであるか否かを判断することができるため、制御構成がより簡素化される。

また、推定水温算出部２２は、エンストモードではサーモスタット１４の故障診断が中断される場合は、推定水温WTcの算出をエンストモード解除時のみ行ってもよい。つまり、推定水温WTcをエンストモードの間常にモニタしていなくてもよく、エンストモードに入る直前に算出した推定水温WTc（開始温度WTc₀）から、エンストモード中（図２，図３の時刻ｔ₁〜ｔ₃）の実水温WTの変化量ΔWT_1-3（ΔWT_1-3＜0）を加算することで、エンストモード解除時（時刻ｔ₃）での推定水温WTcを算出してもよい。これにより、推定水温WTcをより簡単に算出することができる。
なお、エンストモード中においても故障診断を継続してもよい。この場合は、実水温WTの挙動を常時モニタし、推定水温WTcの演算に適用すればよい。

また、故障診断部２３は、上記条件（３）について、上記条件（２）の成立時にタイマをスタートさせ、所定時間ｔ_Bが経過したときに成立したと判定してもよい。また、故障診断部２３によりサーモスタット１４が開弁故障していると判断される条件は、上記した条件（１）〜（３）に限られない。例えば、条件（１）と（２）とで所定温度WT_THが異なっていてもよいし、条件（３）は必ずしもなくてもよい。

また、上記した通常の走行モードでの推定水温WTcの演算手法やフローチャートは一例に過ぎず、他の演算手法やフローチャートを用いて演算してもよい。
また、本サーモスタットの故障診断装置は、エンジンが搭載された様々な車両に適用可能である。

１０ エンジン
１１ 冷却流路
１２ ウォータポンプ
１３ ラジエータ
１４ サーモスタット
１５ ヒータ
１６ 温度センサ（実水温検出手段）
１７ 回転数センサ
１８ 車速センサ
２０ 車両ＥＣＵ
２１ モード判定部（モード判定手段）
２２ 推定水温算出部（推定水温算出手段）
２３ 故障診断部（故障診断手段）
WT 実水温
WTc 推定水温

Claims (7)

1. 車両に搭載されるエンジンの冷却水の実水温に応じてラジエータへ流れる前記冷却水を制御するサーモスタットの故障診断装置であって、
   前記実水温を検出する実水温検出手段と、
   前記冷却水の推定水温を算出する推定水温算出手段と、
   前記エンジンの冷態始動時において、前記実水温検出手段で検出された前記実水温と前記推定水温算出手段で算出された前記推定水温とを比較することで前記サーモスタットが開弁故障しているか否かを診断する故障診断手段と、を備え、
   前記推定水温算出手段が、少なくとも前記エンジンの自動停止中を含むエンストモードでは、前記エンジンの自動停止直前に算出した推定水温に前記実水温の温度挙動を適用して前記エンストモードでの推定水温を算出する
   ことを特徴とする、サーモスタットの故障診断装置。
2. 前記推定水温算出手段は、前記エンストモードでは、前記推定水温が前記実水温の温度勾配と同一の温度勾配で変化するものとして算出する
   ことを特徴とする、請求項１記載のサーモスタットの故障診断装置。
3. 前記車両が前記エンストモードであるか否かを判定するモード判定手段を備え、
   前記モード判定手段が、前記エンジンの自動停止後の再始動時から所定時間が経過するまでの間も前記エンストモードであると判定する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のサーモスタットの故障診断装置。
4. 前記モード判定手段が、前記所定時間を前記エンジンの自動停止中における前記実水温の温度変化量に応じて増減させる
   ことを特徴とする、請求項３記載のサーモスタットの故障診断装置。
5. 前記故障診断手段が、前記エンストモードでは前記実水温と前記推定水温との比較を中断し、前記エンストモードの解除時に該比較を再開する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載のサーモスタットの故障診断装置。
6. 前記推定水温算出手段が、前記エンストモードの解除時において、前記自動停止直前から前記解除時までの間の前記実水温の温度変化量を前記自動停止直前に算出した前記推定水温に加算する
   ことを特徴とする、請求項５記載のサーモスタットの故障診断装置。
7. 車両に搭載されるエンジンの冷却水の実水温に応じてラジエータへ流れる前記冷却水を制御するサーモスタットの故障診断方法であって、
   前記エンジンが冷態始動であるか否かを判定し、
   前記エンジンの冷態始動時であれば、前記実水温を検出するとともに、少なくとも前記エンジンの自動停止中を含むエンストモードにおいて前記エンジンの自動停止直前に算出した推定水温に前記実水温の温度挙動を適用して前記エンストモードでの推定水温を算出し、
   前記実水温と前記推定水温とを比較して前記サーモスタットが開弁故障しているか否かを診断する
   ことを特徴とする、サーモスタットの故障診断方法。

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