JP2023144901A - 空冷インタークーラの異常判定装置 - Google Patents

空冷インタークーラの異常判定装置 Download PDF

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【課題】インタークーラの異常判定における誤判定抑制と異常判定機会確保の両立を図ることを課題とする。【解決手段】空冷インタークーラの異常判定装置は、内燃機関の吸気を冷却する空冷インタークーラの異常判定装置であって、前記空冷インタークーラにおいて前記吸気と熱交換する冷媒としての空気の流量を変化させる空気流量変化部と、前記空気流量変化部によって前記空気の流量を変化させたときの前記空冷インタークーラの下流側における前記吸気の温度の変化量に基づいて前記空冷インタークーラの異常判定を行う判定部と、を有する。【選択図】図3

Description

本発明は、空冷インタークーラの異常判定装置に関する。
従来、内燃機関に装備されるインタークーラの異常判定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、吸入空気量を変化させたときの吸気の温度変化量に基づいてインタークーラの異常判定を行う。
特開2007-146712号公報
ところで、吸入空気量の変化量が小さいと吸気の温度変化量も小さくなるため、その変化を捕捉しづらく誤判定が生じる可能性がある。このため、特許文献1による異常判定において誤判定を回避しようとした場合、吸入空気量の変化を大きくして異常判定を行うことが考えられる。しかしながら、吸入空気量の変化を大きくするとトルク変動が生じ、いわゆるドライバビリティが悪化する可能性があることから、ドライバビリティを悪化させないように異常判定を行おうとすると、その実行のタイミングの選定が難しい。このように、特許文献1の異常判定装置では、異常判定における誤判定抑制と異常判定機会確保との両立が難しい。
そこで、本明細書開示の空冷インタークーラの異常判定装置は、インタークーラの異常判定における誤判定抑制と異常判定機会確保の両立を図ることを課題とする。
本明細書開示の空冷インタークーラの異常判定装置は、内燃機関の吸気を冷却する空冷インタークーラの異常判定装置であって、前記空冷インタークーラにおいて前記吸気と熱交換する冷媒としての空気の流量を変化させる空気流量変化部と、前記空気流量変化部によって前記空気の流量を変化させたときの前記空冷インタークーラの下流側における前記吸気の温度の変化量に基づいて前記空冷インタークーラの異常判定を行う判定部と、を有する。
本明細書開示の空冷インタークーラの異常判定装置は、インタークーラの異常判定における誤判定抑制と異常判定機会確保の両立を図ることができる。
図1は実施形態の空冷インタークーラの異常判定装置を備えたエンジンシステムの吸気系統を模式的に示す図である。 図2は実施形態の空冷インタークーラの異常判定装置が行う異常判定の一例を示すフローチャートである。 図3は実施形態の空冷インタークーラの異常判定における各種数値の変化を示すタイムチャートの一例である。 図4は実施形態の空冷インタークーラの異常判定に用いられる吸気の温度の変化量に対する閾値の設定マップの一例である。
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
(実施形態)
[エンジンシステムの構成]
まず、図1を参照して、実施形態のエンジンシステム50の概略構成について説明する。エンジンシステム50は、ガソリンを燃料とするエンジン本体10と空冷インタークーラ(以下、「空冷I/C」という)14の異常判定装置を有する。異常判定装置は、ECU(Electronic Control Unit)100、シャッタ15、吸気圧センサ103、吸気温センサ104、水温センサ105及び車速センサ106を含む。異常判定装置については、後に詳細に説明する。
エンジン本体10は、吸気系統、排気系統、その他の補機類と共にエンジンルーム51内に搭載されている。なお、図1には、エンジンシステム50の吸気系統のみが示され、排気系統やその他の補機類については省略されている。エンジン本体10は、シリンダブロック上に設けられたシリンダヘッドを備え、そのシリンダヘッドにインテークマニホールド10aが設けられている。インテークマニホールド10aには、吸気管11が接続されている。吸気管11には、吸気の流れの上流側から順にエアクリーナ12、過給器(コンプレッサ)13及び空冷I/C14が配設されている。空冷I/C14は空気によって吸気を冷却する。空冷I/Cは供給される空気の流量によって冷却能力が変化する。このため、空冷I/Cは、シャッタ15の開閉状態に応じてその冷却能力が変化する。
シャッタ15は、エンジンルーム51の内外を連通させているグリル部51aに装着されている。シャッタ15は、空冷I/C14と対向させて配置されている。シャッタ15は、開閉駆動モータ15aと複数枚のブレード部材15bを備えている。ブレード部材15bは、板状の部材で、複数枚が所定の間隔で並べて配置され、それぞれ開閉駆動モータ15aによって回転可能に設けられることで開閉可能とされている。シャッタ15は、開いた状態でなることで、エンジンルーム51内に走行風を取り込むことができる。エンジンルーム51内に取り込まれた走行風は、空冷I/C14に供給されることで吸気の冷却効率を向上させる。また、取り込まれた走行風は、エンジン本体10を冷却する効果も発揮する。シャッタ15は、閉じた状態となることで、走行風のエンジンルーム51内への侵入を抑制することができる。このため、エンジン本体10を暖機させたいときにシャッタ15が閉じた状態とされることで、エンジン本体10の暖機が促進される。また、シャッタ15が閉じた状態とされることで、エンジンシステム50を搭載した車両の走行抵抗(空気抵抗)を低減することができる。このため、例えば、車両が所定の速度以上になった場合に、シャッタ15が閉じた状態とされることで、車両の走行抵抗を低減し、車両の燃費向上を図ることができる。
本実施形態におけるエンジン本体10の気筒数、気筒の配列方式は、特定の形式に限定されない。さらに、エンジン本体10は、ガソリンに替えて、エタノールや天然ガス等の従来公知のガソリン代替燃料を用いることができ、ディーゼル機関とすることもできる。
つぎに、異常判定装置に含まれる各種センサ及びECU100の機能について説明する。異常判定装置には、エアフロメータ101、クランクポジションセンサ102、吸気圧センサ103、吸気温センサ104、水温センサ105及び車速センサ106が含まれる。エアフロメータ101は、インテークマニホールド10aと接続されている吸気管11内を流れる空気の量(吸入空気量)を検出する。吸入空気量を検出することでエンジン負荷が検出される。エアフロメータ101は、吸気管11上に設けられているエアクリーナ12と過給器13との間に配設されている。クランクポジションセンサ102は、エンジン本体10内に組み込まれているクランクシャフト(不図示)の回転数、つまり、エンジン回転数を検出するのに用いられる。吸気圧センサ103は、吸気の流れ方向に対し、空冷I/C14の下流側に設けられ、空冷I/C14を通過した吸気の圧力を検出する。具体的に、吸気圧センサ103は、インテークマニホールド10aに設けられており、インテークマニホールド10a内における吸気の圧力を検出する。吸気温センサ104は、吸気の流れ方向に対し、空冷I/C14の下流側に設けられ、空冷I/C14を通過した吸気の温度を検出する。具体的に、吸気温センサ104は、インテークマニホールド10aに設けられており、インテークマニホールド10a内の吸気の温度を検出する。なお、吸気圧センサ103や、吸気温センサ104は、空冷I/C14の下流側であれば、インテークマニホールド10a以外の場所に設置するようにしてもよい。水温センサ105は、エンジン本体10内に設けられたウォータジャケット内を循環する冷却水の温度を検出する。冷却水の温度を検出することで、エンジン本体10の暖機が完了したか否かを判定することができる。車速センサ106は、エンジンシステム50を搭載した車両の走行速度を検出する。車両の走行速度が低速である場合、車両が走行することに起因する走行風の風量が少なく、空冷I/C14における吸気の温度変化が少なく、空冷I/C14の異常判定し難いと考えられる。そこで、空冷I/C14の異常判定を実行するにあたり、車両の走行速度についても考慮する。この点は後に説明する。
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、バックアップRAM及びその他の記憶装置等を備える。CPU、ROMやその他の記憶装置に記憶されたプログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。RAMは、CPUによる演算結果や各種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はエンジンシステム50の停止時などにおいて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。
ECU100は、シャッタ制御部100a及び判定部100bとして機能する。シャッタ制御部100aは、シャッタ15と協働して空冷I/C14に供給される空気の流量を変化させる空気流量変化部として機能する。判定部100bは、過給器13が作動しており、エンジン本体10が過給状態にあるか否かの判定、空冷I/C14に異常が生じているか否かの判定を行う。また、判定部100bは、エンジン本体10の状態が、シャッタ15を閉じることができる状態であるか否か、具体的に、エンジン水温がシャッタ閉許可温度以下であるか否かの判定を行う。さらに、判定部100bは、エンジン本体10の暖機が完了したか否かの判定を行う。また、判定部100bは、これらの判定に伴う、閾値の設定や各種演算を行う。
[I/Cの異常判定]
つぎに、図2から図4を参照して、本実施形態の異常判定装置による空冷I/C14の異常判定の一例について説明する。図2に示すフローチャートにおいて、ステップS6とステップS8は、シャッタ制御部100aとして機能するECU100が実行し、その他のステップは、判定部100bとして機能するECU100が実行する。まず、ECU100は、ステップS1において、エンジンシステム50のイグニションがオン(ON)にされたか否かを判定する。ECU100は、イグニションがオンとされ、ECU100自身もオン状態となった場合に肯定判定(Yes判定)をして、ステップS2へ進む。ECU100は、イグニションがオンとなることを監視しており、ステップS1で否定判定(No判定)をした場合は、ステップS1で肯定判定されるまで、ステップS1の処理を繰り返す。
ステップS2では、ECU100は、初期化処理を行う。ここで、初期化処理とは、前回のエンジンシステム50の稼働時に空冷I/C14の異常判定を行ったことを示すフラグをオフ(OFF)状態とすることである。本実施形態では、一回のトリップ、つまり、イグニッションがオン状態とされてからオフ状態とされるまでの期間中に、一回、空冷I/C14の状態をモニタし、空冷I/C14の異常判定を行う。そこで、イグニションのオンが確認された場合に、今回のトリップにおける異常判定に備えて、前回の異常判定の実施完了を示すフラグをオフとする初期化処理を実行する。
ステップS2に引き続いて行うステップS3において、ECU100は、今回トリップ中に異常判定に関するモニタが完了しているか否かを示すフラグがオフとなっているか否かを判定する。ステップS2で初期化処理を行っているため、今回イグニションをオンとしてから異常判定を行っていない場合には、フラグはオフとなっている。従って、今回、未だ異常判定を行っていない場合には、ステップS3で肯定判定がされ、ステップS4へ進む。一方、ステップS3で否定判定された場合、つまり、すでに今回のトリップにおける異常判定が実施されている場合には、処理は終了となる(エンド)。
ステップS4では、ECU100は、エンジンシステム50を搭載した車両が過給域走行中であるか否かを判定する。車両が過給域走行中であるか否かは、吸気圧センサ103によって検出された吸気の圧力が予め設定された吸気圧に関する閾値(過給判定閾値)を超えているか否かを判定することによって行われる。ここで、図3を参照すると、過給圧は、時刻t1で過給圧が過給判定値を超えており、時刻t6で過給圧判定値を下回っている。従って、図3に示すタイムチャートの例では、時刻t1から時刻t6までの間であれば、ECU100は、ステップS4において肯定判定を行う。
本実施形態において、ECU100が、ステップS4のように車両が過給域走行中であるか否かを判定するのは、以下の理由による。本実施形態の空冷I/C14の異常判定は、後に説明するように、空冷I/C14を通過する空気の流量を変化させたときの吸気の温度の変化に基づいて行うものである。吸気の温度は、過給域走行時に上昇するため、空冷I/C14の冷却効果を検出し易い。そこで、本実施形態では、過給域走行時に空冷I/C14の異常判定を行うこととして、その判定精度を高めている。
ECU100は、ステップS4で肯定判定をした場合、ステップS5へ進む。一方、ECU100は、ステップS4で否定判定をした場合は、ステップS4で肯定判定するまでステップS4の処理を繰り返す。
ECU100は、ステップS5において水温センサ105によって検出されたエンジン水温がシャッタ閉許可温度以下であるか否かを判定する。また、ECU100は、これと併せて、車速が予め設定された異常判定実行速度以上であるか否かを判定する。
エンジン水温が高い場合、エンジン本体10が搭載されているエンジンルーム51内を冷却するために、シャッタ15は、開いた状態としておくことが望ましい。そこで、ステップS5では、エンジン水温が、シャッタ15を閉じることが許可される温度以下であるか否かを判定する。換言すると、エンジンルーム51内の温度状態がシャッタ15を閉じ、走行風が導入されない状態となることを許容することができる状態であるか否かを判定する。
また、車両の走行速度が低速である場合、車両が走行することに起因する走行風の風量が少なくなる。走行風の風量が少なくなると、シャッタ15を開いた状態とシャッタ15を閉じた状態とを比較しても、空冷I/C14に冷媒として供給される空気の量に差が生じ難い。この結果、空冷I/C14の異常判定を精度よく実施することが難しくなると考えられる。そこで、本実施形態では、車速が予め設定された異常判定実行速度以上であるか否かについても判定することとしている。異常判定実行速度は、シミュレーションや、実験による実機適合などによって予め設定される値である。
ステップS5におけるこれらの判定は、図3におけるモニタ実施許可条件に相当し、図3に例示するタイムチャートでは、時刻t3から時刻t5の期間においてモニタ実施許可条件が満たされている。従って、時刻t3から時刻t5の間であれば、ECU100は、ステップS5において肯定判定を行い、ステップS6へ進む。一方、ECU100は、ステップS5で否定判定した場合、ステップS4からの処理を繰り返す。
なお、図3を参照すると、時刻t2以前において、シャッタ15は、閉じた状態とされている。これは、時刻t2以前では、エンジン本体10の暖機が完了しておらず、シャッタ15を閉じておくことで、暖機を促進させるためである。暖機が完了したと判定された時刻t2において、シャッタ15は開いた状態とされる。
ECU100は、ステップS6において、シャッタ15を開状態とする。図3に例示するタイムチャートでは、時刻t3の時点ですでにシャッタ15は開いた状態とされているので、ECU100は、そのままシャッタ15が開いた状態を継続する。
そして、ステップS6に引き続いて行うステップS7において、ECU100、具体的に、判定部100bは、シャッタ15を開いた状態としたときの吸気の温度を示すインマニ温度timhを取得する。図3に示すタイムチャートでは、時刻t4まで、シャッタ15が開いた状態が継続されている。
ステップS7に引き続いて行うステップS8では、ECU100は、開閉駆動モータ15aに駆動信号を発信し、ブレード部材15bを動かし、シャッタ15を閉じた状態とする。図3に示すタイムチャートでは、時刻t4においてシャッタ15は、開いた状態から閉じた状態に移行する。そして、ステップS8に引き続いて行うステップS9において、ECU100、具体的に、判定部100bは、シャッタ15を閉じた状態としたときの吸気の温度を示すインマニ温度timlを取得する。図3に示すタイムチャートでは、時刻t5まで、シャッタ15が閉じた状態が継続されている。
シャッタ15を開閉すると、空冷I/C14を通過する空気の流量が変化する。つまり、シャッタ15を開いた状態とすれば、シャッタ15を閉じた状態としているときと比較して空冷I/C14を通過する空気の流量が増加する。
ステップS9に引き続いて行うステップS10では、ECU100は、シャッタ15を閉じたときのインマニ温度timlとシャッタ15を開いたときのインマニ温度timhとの差分が閾値Td0以上であるか否かを判定する。インマニ温度timlとインマニ温度timhとの差分は、空冷I/C14を通過する空気の流量の変化に起因する吸気の温度の変化量となる。
ここで、図3を参照して、空冷I/C14が正常である場合のインマニ温度の推移について説明する。時刻42でシャッタ15が閉じられると、吸気の温度が上昇し始める。そして、時刻t5でシャッタ15が再び開かれると吸気の温度は低下する。本実施形態では、時刻t4でシャッタ15が閉じられたタイミングにおける吸気の温度をインマニ温度timhとしている。また、シャッタ15が閉じられている時刻t4から時刻t5までの期間において最も高い温度をインマニ温度timlとしている。空冷I/C14が正常であれば、インマニ温度timhとインマニ温度timlとの差が大きくなる。
一方、空冷I/C14が異常である場合、シャッタ15が閉じられてもインマニ温度の上昇は僅かであり、シャッタ15の開閉状態によってインマニ温度の差はあまり見られない。従って、空冷I/C14が異常である場合、インマニ温度timhとインマニ温度timlとの差分は小さくなる。
ここで、図4を参照して、閾値Td0について説明する。閾値Td0は、インマニ温度timlとインマニ温度timhとの差分に対する閾値であり、インマニ温度timlとインマニ温度timhとの差分が閾値Td0以上であれば、空冷I/C14が正常に機能していると判断することができる値である。閾値Td0は、実験やシミュレーションの結果に基づいて予め定めておく。閾値Td0は、固定値としてもよいが、本実施形態では、図4に一例を示すマップに基づいて閾値Td0を設定している。本実施形態のマップでは、閾値Td0は、エンジン回転数NEが高いほど、また、エンジン負荷が大きいほど、その値が高くなっている。シャッタ15が閉じられているとき、エンジン本体10が高回転高負荷状態となるほど、インマニ温度は、高くなる傾向にある。このため、空冷I/C14が正常であれば、エンジン本体10が高負荷高回転となるほど、インマニ温度timlとインマニ温度timhとの差分が大きくなる。本実施形態では、このような傾向を考慮して閾値Td0を設定することで、空冷I/C14の異常判定の精度が向上されている。
シャッタ15の開閉は、空冷I/C14において吸気を冷却する冷媒としての空気の流量を変化させるだけであり、吸入空気量に関係なく実施することができる。つまり、吸入空気量が少ない場合であっても空冷I/C14の異常判定を行うことができる。
ECU100は、ステップS10で肯定判定した場合、ステップS11へ進む。ステップS11では、ECU100が、空冷I/C14は正常であるとの正常判定を行う。ECU100は、ステップS11に引き続いて行うステップS13において、今回のトリップにおける異常判定が実施されたことを示すフラグをONとする。ECU100は、ステップS13でフラグをオンとした後、ステップS3からの処理を繰り返す。
一方、ECU100は、ステップS10で否定判定をした場合、ステップS12へ進む。ステップS12では、判定部100bが、空冷I/C14は異常であるとの異常判定を行う。そして、警告灯を点灯させるなど、運転者に対し、空冷I/C14が異常であることを通知し、運転者に対し、車両を整備工場等での点検、整備を促す。ECU100は、ステップS12の処理を行った後も、ステップS11を行った後と同様に、ステップS13の処理を行う。そして、ECU100は、ステップS13でフラグをオンとした後、ステップS3からの処理を繰り返す。
本実施形態では、一回のトリップで一回の異常判定を行うため、ECU100は、フラグをオンとした後は、エンジン冷却水温や車速に応じたシャッタ15の開閉制御を実行する。例えば、図3に示すタイムチャートでは、時刻t7において、シャッタ15が閉じられているが、これは、ECU100が、車速が所定値に到達したことから、走行抵抗を低減すべく、シャッタ15を閉じる制御を実行したものである。
本実施形態によれば、シャッタ15の開閉状態を変更し、空冷I/C14を通過し、吸気と熱交換をする冷媒としての空気の流量を変化させ、この冷媒としての空気の流量を変化させたときの空冷I/C14の下流側における吸気の温度の変化量に基づいて、空冷I/C14の異常判定を行う。シャッタ15の開閉は、冷媒としての空気の流量を変化させるだけであるので、エンジンシステム50の出力要求、つまり、吸入空気量の変化の要求の影響を受けることなく、空冷I/C14の異常判定を実施できる。このため、空冷I/C14の異常判定の機会を確保し易い。また、本実施形態における異常判定は、吸入空気量の変化の影響を受けないため、空冷I/C14の異常判定において誤判定が起きにくい。また、空冷I/C14の異常判定のために吸入空気量を変更することもないため、異常判定が、ドライバビリティに影響を与えることもない。
また、本実施形態によれば、従来のエンジンシステムに対して新たに圧力センサや温度センサを追加することがない。
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
10 エンジン本体 10a インテークマニホールド10a
11 吸気管 12 エアクリーナ
13 過給器 14 空冷インタークーラ(空冷I/C)
15 シャッタ 15a 開閉駆動モータ
15b ブレード部材 50 エンジンシステム
51 エンジンルーム 51a グリル部
100 ECU 100a シャッタ制御部
100b 判定部 101 エアフロメータ
102 クランクポジションセンサ 103 吸気圧センサ
104 吸気温センサ 105 水温センサ

Claims (1)

  1. 内燃機関の吸気を冷却する空冷インタークーラの異常判定装置であって、
    前記空冷インタークーラにおいて前記吸気と熱交換する冷媒としての空気の流量を変化させる空気流量変化部と、
    前記空気流量変化部によって前記空気の流量を変化させたときの前記空冷インタークーラの下流側における前記吸気の温度の変化量に基づいて前記空冷インタークーラの異常判定を行う判定部と、
    を、有する空冷インタークーラの異常判定装置。
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