JP2016217328A - サーモスタットの異常判定装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、エンジンシステムは、水冷式のエンジン10を備える。シリンダーブロック11には、複数のシリンダー12が形成されている。各シリンダー12には、インジェクター13から燃料が噴射される。シリンダーブロック11には、各シリンダー12に吸入空気を供給するインテークマニホールド14と、各シリンダー12からの排気ガスが流入するエキゾーストマニホールド15とが接続されている。なお、シリンダーブロック11と図示しないシリンダーヘッドとで構成される部材をエンジンブロックという。
図2を参照して、エンジンシステムの冷却回路の概要について説明する。
図2(a)および図2(b)に示すように、冷却回路50は、エンジン10を動力源として冷却水を圧送するポンプ53を備える第1冷却回路51と、第1冷却回路51におけるポンプ53の上流と下流とに接続される第2冷却回路52とを備える。冷却回路50は、第1冷却回路51と第2冷却回路52との接続部分にサーモスタット55を備える。
図3〜図5を参照して、サーモスタット55の開固着の有無を判定するサーモスタットの異常判定装置(以下、単に異常判定装置という。)について説明する。
演算部61は、各種センサーからの信号に基づき下記式(1)の演算を行うことで冷却水の平衡温度Tcthmを上限値として推定温度Tcを演算する。式(1)にて、Tci−1はエンジン10の始動時の冷却水温度Twを初期値とする推定温度Tcの前回値、dq/dtは下記式(2)の演算結果であって微小時間dtにおける冷却水に関わる熱収支q、Cは冷却水の熱容量とエンジンブロックの熱容量との加算値である。式(2)にて、シリンダー吸熱量qcylは燃焼ガスからシリンダー12の内壁への伝熱量、EGRクーラー吸熱量qegrはEGRクーラー26での冷却水の吸熱量である。エンジン吸熱量qengは、例えばシリンダー12の内壁とピストンとの摩擦やシリンダー12内における作動ガスの断熱圧縮等に起因する吸熱量である。ブロック放熱量qblkは、エンジンブロックから外気への放熱量である。以下、演算部61が行う各種演算について説明する。
シリンダー吸熱量qcylの演算に際して、演算部61はシリンダー12に供給される作動ガスの質量流量である作動ガス量Gwg、および、該作動ガスの密度である作動ガス密度ρimを演算する。演算部61は、状態方程式P×V=Gwg×R×Tに基づく所定の演算をブースト圧Pb、エンジン回転数Ne、エンジン10の排気量D、作動ガス温度Timを用いて行うことで作動ガス量Gwg、および、作動ガス密度ρimを演算する。
EGRクーラー吸熱量qegrの演算に際して、演算部61は、作動ガス量Gwgに対する吸入空気量Gaの減算値をEGR量Gegrとして演算する。演算部61は、式(6)に示すように、排気温度TexhとEGRクーラー出口温度Tegrcとの温度差に対し、EGR量Gegr、および、排気ガスの定容比熱Cvを乗算することにより微小時間dtにおけるEGRクーラー吸熱量qegrを演算する。
演算部61は、式(7)に示すように、エンジン回転数Neをパラメーターとするエンジン吸熱量qengを演算する。演算部61は、メモリ63に格納されたエンジン吸熱量マップ63cから微小時間dtにおけるエンジン吸熱量qengを演算する。エンジン吸熱量マップ63cは、予め行った実機を用いた実験やシミュレーションの結果に基づき、微小時間dtでのエンジン吸熱量qengをエンジン回転数Neごとに規定したマップである。
ブロック放熱量qblkの演算に際して、演算部61は、式(8)に示すように、車速vに基づき、エンジンブロックと外気との間での伝熱のしやすさを示す第2熱伝達係数hblkを演算する。演算部61は、メモリ63に格納された第2係数マップ63dから第2熱伝達係数hblkを演算する。第2係数マップ63dは、予め行った実機を用いた実験やシミュレーションの結果に基づき、車速vごとに第2熱伝達係数hblkを規定したマップである。演算部61は、式(9)に示すように、推定温度Tcの前回値Tci−1と吸気温度Taとの温度差に対し、エンジンブロックの表面積Ablkと第2熱伝達係数hblkとを乗算することで微小時間dtにおけるブロック放熱量qblkを演算する。エンジンブロックの表面積Ablkは、エンジンブロックの表面全体から進行方向に対する背面側の表面を除いた部分の面積、つまり走行風が直接吹き付ける正面部分と、進行方向の反対方向に向かって走行風が表面上を流れる側面部分との総面積である。
判定部62は、エンジン10の暖機完了後、演算部61の演算結果である推定温度Tcと冷却水温度センサー44の検出値である冷却水温度Twとに基づきサーモスタット55の開固着の有無を判定する。
図5を参照し、異常判定装置60の作用について、暖機完了後に冷却水温度Twが開固着判定温度T2以下まで低下した場合を例にとって説明する。なお、エンジン10の始動時、フラグF1およびフラグF2の値は0であり、警告灯65は消灯している。
図5(a)に示すように、エンジン10が始動すると冷却水温度Twおよび推定温度Tcの双方が上昇する。そして、時刻t1においてエンジン10の暖機が完了すると、冷却水温度Twおよび推定温度Tcが暖機完了温度T1に到達する。このとき、判定部62は、フラグF1の値を0から1へ変更する。
(1)暖機完了後においても推定温度Tcと冷却水温度Twとに基づいてサーモスタット55の開固着の有無を判定することができる。
(4)シリンダー吸熱量qcyl、EGRクーラー吸熱量qegr、エンジン吸熱量qeng、および、ブロック放熱量qblkの熱収支qに基づき推定温度Tcが演算されることで推定温度Tcの精度を高めることができる。
・演算部61は、冷却水温度Twがサーモスタット55の開弁温度以上であることを条件に、ラジエーター56における放熱量を演算し、その演算値を加味して推定温度Tcを演算してもよい。ラジエーターでの放熱量は、例えば、冷却回路50に対してラジエーター56での冷却水の温度変化量を検出するための温度センサーを設け、該温度変化量、冷却水量、および、冷却水の熱容量に基づき演算することができる。
・判定部62は、猶予期間DTを設定することなく、冷却水温度Twが暖機完了温度T1以下になったときにフラグF2の値を1に設定してもよい。
Claims (5)
- エンジンを冷却する冷却水の温度を検出する冷却水温度センサーと、
前記冷却水の温度の推定値である推定温度を演算する推定温度演算部と、
前記エンジンの暖機完了後に、前記エンジンの暖機完了を示す暖機完了温度よりも低い温度である開固着判定温度よりも前記推定温度が高く、かつ、前記冷却水温度センサーの検出値である冷却水温度が前記開固着判定温度以下である状態が判定期間だけ継続したことを条件にサーモスタットが開固着していると判定する判定部とを備える
サーモスタットの異常判定装置。 - 前記判定部は、前記条件の成否を判断する猶予期間を有し、
前記猶予期間は、前記推定温度が前記開固着判定温度よりも高く、かつ、前記冷却水温度が前記開固着判定温度以下である状態が継続する期間である
請求項1に記載のサーモスタットの異常判定装置。 - 外気温を検出する外気温センサーをさらに備え、
前記判定部は、前記外気温ごとに前記猶予期間を規定した猶予期間テーブルを保持し、前記猶予期間テーブルに基づいて前記外気温に応じた前記猶予期間を設定し、
前記猶予期間テーブルには、前記外気温が低いほど長い前記猶予期間が規定されている
請求項2に記載のサーモスタットの異常判定装置。 - 前記エンジンは、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に還流するEGR装置を有し、
前記EGR装置は、前記EGRガスを前記冷却水で冷却するEGRクーラーを有し、
前記推定温度演算部は、
エンジン回転数、燃料噴射量、シリンダーに導入される作動ガスの量、前記作動ガスの温度、および、前記作動ガスの密度もしくはエキゾーストマニホールド内の排気ガスの密度に基づく吸熱量であるシリンダー吸熱量と、
前記EGRガスの質量流量と前記EGRクーラーにおける前記EGRガスの温度変化とに基づく吸熱量であるEGRクーラー吸熱量と、
前記エンジン回転数に基づく吸熱量であるエンジン吸熱量と、
車速、外気温、前回の前記推定温度、および、エンジンブロックの表面積に基づく前記エンジンブロックからの放熱量であるブロック放熱量とを演算し、
前記シリンダー吸熱量、前記EGRクーラー吸熱量、前記エンジン吸熱量、および、前記ブロック放熱量に基づく熱収支を前記エンジンブロックの熱容量と前記冷却水の熱容量との加算値で除算することにより、前記冷却水の温度変化量を演算する
請求項1〜3のいずれか一項に記載のサーモスタットの異常判定装置。 - 前記推定温度演算部は、
前記サーモスタットが開弁状態にあるときの前記冷却水の平衡温度を上限値として前記推定温度を演算する
請求項4に記載のサーモスタットの異常判定装置。
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