JP5218526B2 - 水温センサ異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）冷却系の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って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、エンジン冷却水通路とヒータ系統（ヒータ通路）との冷却水の循環を制限する切替弁を設け、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）。

こうしたエンジン内水停止を行う冷却系においては、例えば、エンジンの出口水温を検出するエンジン水温センサと、ヒータ系統の水温を検出するヒータ系水温センサ（例えばヒータ入口水温センサ）とが設けられており、そのヒータ系水温センサの異常を検出する異常検出方法として、エンジン始動から一定期間経過後に、ヒータ系水温センサにて検出される水温検出値が所定値以上に上昇していない場合は、ヒータ系水温センサが異常であると判定する方法がある（例えば特許文献２参照）。なお、水温センサの異常としては、例えば、センサ値が一定値に張り付くスタック異常がある。

特開２００９−１５０２６６号公報 特開平１０−０７３０４７号公報 特開２０００−３０３８９８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、ヒータ系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、ヒータ系統に配置の熱源（例えば、排気熱回収器など）が故障していると、エンジン始動から一定期間が経過してもヒータ系統の冷却水の水温が上昇しないので、ヒータ系水温センサが正常であっても、その水温検出値が上昇しないため、ヒータ系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、ヒータ系統の水温を検出する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水）に適用され、前記バイパス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感温部に埋め込まれた電気ヒータへの通電により当該制御弁を強制的に開弁することが可能に構成されているとともに、エンジン始動時からの吸入空気量積算値が規定値（規定値β）以上になったときのバイパス水温検出値とエンジン始動時のバイパス水温検出値との偏差が判定値（異常判定値α）よりも小さい場合には、前記電気ヒータへの通電により前記制御弁を強制的に開弁し、その制御弁の開弁後のバイパス水温検出値の変化量に基づいて前記バイパス水温センサの異常を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、上記バイパス通路（ヒータ通路）の一例として、排気熱回収器及び／またはＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）クーラを備えた構成を挙げることができる。

本発明においては、まず、バイパス水温が所定値以上となると推定されるとき（エンジンの吸入空気量（エンジン始動時からの吸入空気量積算値）が所定値以上になったとき）の、バイパス水温検出値の上昇量（エンジン始動時のバイパス水温検出値との偏差）が所定値以上である場合はバイパス水温センサが正常であると判定する。一方、上記バイパス水温検出値の上昇量が所定値よりも小さい場合は、「バイパス水温センサの異常」または「バイパス通路の熱源故障」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、エンジンで暖められた高温水がバイパス通路内に流入する。これによって、バイパス通路に熱源がなくても（排気熱回収器やＥＧＲクーラ等の熱源が故障していても）、バイパス通路内の冷却水の水温が上昇するので、バイパス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バイパス水温検出値が上昇する。このような点を利用し、本発明では、上記制御弁開弁後のバイパス水温検出値の変化量が所定値以上である場合には、バイパス水温センサは正常であると判定し、バイパス水温検出値の変化量が所定値よりも小さい場合には、バイパス水温センサが異常（スタック異常）であると判定する。

以上のように、本発明によれば、バイパス水温が所定値以上となると推定されるとき（エンジンの吸入空気量が所定値以上になったとき）の、バイパス水温検出値の上昇量が所定値よりも小さいときには制御弁を開弁し、バイパス通路内にエンジンからの高温水を流してバイパス通路内の冷却水の水温を上昇させた状態で、バイパス水温センサにて検出されるバイパス水温検出値の変化量から、バイパス水温センサの判定を行っているので、排気熱回収器やＥＧＲクーラ等の故障によりバイパス通路に熱源がなくても、バイパス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、上記バイパス水温検出値の上昇量が所定値よりも小さ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、バイパス水温センサの正常／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、バイパス水温センサの正常／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内の高温水とバイパス通路内の冷却水とが十分に混合されない状態（バイパス通路の冷却水の水温が十分に上昇していない状態）で、バイパス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、制御弁の開弁してから所定時間経過した後、つまりバイパス通路内の冷却水水温が十分に上昇するのに必要な時間が経過した後に、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、バイパス水温が所定値以上となると推定されるときのバイパス水温検出値の上昇量が小さいときには、制御弁を開弁してバイパス通路内の冷却水の水温を上昇させ、その制御弁の開弁後のバイパス水温検出値の変化量からバイパス水温センサの異常を判定するようにしているので、バイパス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。

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、及び、エンジン１への吸入空気量を検出するエアフロメータ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及びエアフロメータ２４の各出力信号はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３００に入力される。

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回目のヒータ入口水温センサ２２の正常判定の際）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、上記エンジン水温センサ２１、吸気温センサ２３、及び、エアフロメータ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］
ヒータ入口水温センサ２２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。

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、ヒータ入口水温センサ２２の出力信号からエンジン始動時のヒータ入口水温ｔｈｗ２を採取する。次に、ステップＳＴ１０２において、後述するステップＳＴ１０５及びステップＳＴ１１０の判定処理に用いる異常判定値α（℃）を読み込む。この異常判定値αは一定値（例えばα＝５℃）であってもよいし、始動時水温に応じてマップ等を参照して可変に設定するようにしてもよい。なお、上記異常判定値α（一定値）または異常判定値αを算出するマップはＥＣＵ３００のＲＯＭ内に記憶されている。

ステップＳＴ１０３では、エアフロメータ２４の出力信号に基づいて、エンジン始動時からの吸入空気量の積算値（Σｇａ）を算出する。ステップＳＴ１０４では、上記ステップＳＴ１０３で算出した吸入空気量積算値（Σｇａ）が規定値β［ｇ］以上になっているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）となった時点（Σｇａ≧β［ｇ］となった時点）で、判定前提条件が成立したと判断してステップＳＴ１０５に進む。

なお、上記規定値β［ｇ］については、排気熱回収器６やＥＧＲクーラ７等によって排気熱がヒータ通路２０２を循環する冷却水に伝わる熱量によりヒータ通路２０２内の冷却水が上昇する過程において、エンジン始動時からのヒータ入口水温センサ２２（正常状態）の検出値変動量（偏差）が所定値以上（異常判定値α（＝５［℃］）以上）に上昇するのに必要な吸入空気量の積算値（Σｇａ）を、実験・シミュレーション等によって取得しておき、その結果を基に規定値β［ｇ］を適合してＥＣＵ３００のＲＯＭ内に記憶しておく。

ステップＳＴ１０５では、吸入空気量積算値Σｇａが規定値β［ｇ］以上になったときのヒータ入口水温センサ２２の出力信号に基づいて、ヒータ入口水温ｔｈｗ２（検出値）の偏差（エンジン始動時のヒータ入口水温検出値との偏差（ｔｈｗ２偏差））を算出し、そのｔｈｗ２偏差が上記ステップＳＴ１０２で読み込んだ異常判定値α［℃］以上であるか否かを判定する（１回目の正常判定）。その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（ｔｈｗ２偏差≧αである場合）はヒータ入口水温センサ２２が正常であると判定する（ステップＳＴ１１１）。ステップＳＴ１０５の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合（ｔｈｗ２偏差＜αである場合）はステップＳＴ１０６に進む。

ここで、ステップＳＴ１０５の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合には、「ヒータ入口水温センサ２２の異常」または「排気熱回収器６やＥＧＲクーラ７の故障」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、後述するように、切替弁１０を強制的に開放した後にヒータ入口水温センサ２２の２回目の正常判定を行う。

ステップＳＴ１０６では、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。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ＳＴ１０７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ＳＴ１０８に進む。ステップＳＴ１０７の判定結果が否定判定（ＮＯ）である場合は、ヒータ入口水温センサ２２の正常／異常判定は行わない（ステップＳＴ１１３：未判定）。

上記ステップＳＴ１０７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１内で冷却水が停止し続けるので、エンジン水温センサ２１にて検出されるエンジン水温ｔｈｗ１の上昇量が大きくなるのに対し、切替弁１０が正常である場合（エンジン１内に低温冷却水が流入した場合）のエンジン水温ｔｈｗ１（検出値）の上昇量は小さくなる（もしくは水温検出値ｔｈｗ１が低下する）。このような点を利用し、ヒータ通電後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の上昇量が所定値よりも小さい場合は「切替弁閉故障なし」と判定してステップＳＴ１０８に進む。なお、エンジン水温センサ２１の正常判定が必要な場合は、例えば、エンジン水温ｔｈｗ１（検出値）と吸気温ｔｈａ（検出値）との差［ｔｈｗ１−ｔｈａ］を算出し、その温度差［ｔｈｗ１−ｔｈａ］が、所定の範囲内（例えば、−２０℃≦ｔｈｗ１−ｔｈａ≦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は正常であると判定する。

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ＳＴ１０８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ＳＴ１０８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（ヒータ通路２０２の冷却水の水温が十分に上昇）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ＳＴ１０８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ＳＴ１０８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ＳＴ１０９）してステップＳＴ１１０に進む。

ステップＳＴ１１０においては、ヒータ入口水温センサ２２の出力信号に基づいて、ヒータ入口水温ｔｈｗ２（検出値）の偏差（切替弁開弁時（エンジン始動時）のヒータ入口水温検出値との偏差（ｔｈｗ２偏差））を算出し、そのｔｈｗ２偏差が、上記ステップＳＴ１０２で読み込んだ異常判定値α［℃］以上であるか否かを判定する（２回目の正常判定）。その判定結果が肯定判定（ＹＥＳ）である場合（ｔｈｗ２偏差≧αである場合）はヒータ入口水温センサ２２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（ｔｈｗ２偏差＜αである場合）は、ヒータ入口水温センサ２２がスタック異常であると判定する（ステップＳＴ１１２）。

次に、以上のヒータ入口水温センサ２２の異常判定処理の具体的な例について図６を参照して説明する。なお、図６には、ヒータ入口水温センサ２２が正常であり、排気熱回収器６やＥＧＲクーラ７の故障によりバイパス通路に熱源がない場合のヒータ入口水温ｔｈｗ２（検出値）の変化の例を示している。

まず、エンジン始動時からの吸入空気量積算値Σｇａが異常判定値β［ｇ］以上になったときの（正常判定１回目）、ヒータ入口水温ｔｈｗ２（検出値）の偏差が異常判定値α［℃］以上である場合は、ヒータ入口水温センサ２２が正常であると判定する。一方、吸入空気量積算値Σｇａが異常判定値β［ｇ］以上になったときの（正常判定１回目）、ヒータ入口水温ｔｈｗ２（検出値）の偏差が異常判定値α［℃］よりも小さい場合（「ヒータ入口水温センサ２２の異常」または「排気熱回収器６やＥＧＲクーラ７の故障」のいずれの状況であるのかを判別できない場合）は、図６に示すように、切替弁１０の電気ヒータ１５への通電を開始する。

この電気ヒータ通電により切替弁１０が実際に開弁すると、排気熱回収器６やＥＧＲクーラ７が故障していても、エンジン１内の高温水がヒータ通路２０２内に流入してヒータ通路２０２内の冷却水の水温が上昇していく。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内の冷却水とが十分に混合した状態になると、ヒータ通路２０２内の冷却水の水温が十分に高くなる。このとき、ヒータ入口水温センサ２２が正常であれば、この水温センサ２２によって検出されるヒータ入口水温ｔｈｗ２（検出値）の変動量は大きくなるので上記異常判定値α［℃］以上となる（図６）。これに対し、ヒータ入口水温センサ２２にスタック異常（低水温値に張り付いている異常）が生じている場合、ヒータ通路２０２の冷却水の温度が上昇しても、水温入口水温ｔｈｗ２（検出値）は上昇しないので上記異常判定値α以上とはならない。

このような点に着目して、この例では、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したときに、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の偏差（切替弁開弁時（エンジン始動時）のヒータ入口水温検出値との偏差）が異常判定値α（例えば、α＝５［℃］）以上である場合（ｔｈｗ２偏差≧α）はヒータ入口水温センサ２２が正常であると判定し、上記ヒータ入口水温ｔｈｗ２の偏差が異常判定値αよりも小さい場合には、ヒータ入口水温センサ２２にスタック異常が発生していると判定する。

以上説明したように、この例の異常判定処理では、ヒータ入口水温センサ２２の１回目の正常判定により、ヒータ入口水温センサ２２が正常でないと判定した場合（ヒータ入口水温センサ２２の異常、または、排気熱回収器６やＥＧＲクーラ７の故障の場合）には切替弁１０を開弁し、ヒータ通路２０２内にエンジン１からの高温水を流してヒータ通路２０２内の冷却水の水温を上昇させた状態で、ヒータ入口水温センサ２２にて検出されるバイパス水温のｔｈｗ２偏差（変化量）に基づいて、ヒータ入口水温センサ２２の２回目の正常判定を行っているので、排気熱回収器６やＥＧＲクーラ７の故障等によりバイパス通路に熱源がなくても、バイパス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。

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。

具体的には、エンジン水温センサ２１にて検出されるエンジン水温ｔｈｗ１を用いて、マップや計算式に基づいて切替弁周辺水温Ｔｖｗを推定し、その切替弁周辺水温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、上記した設定時間ｔｉｍｅ２（ヒータ通路２０２の冷却水が十分に上昇するのに必要な時間）が経過した後に、バイパス水温センサ２２の正常判定を行うようにする（上記した図５のステップ１１０の判定処理を実行する）。

このように、この例の開弁判定処理では、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、バイパス水温センサ２２の２回目の正常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、バイパス水温センサ２２の２回目の正常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（≒ワックス温度）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、上記バイパス水温センサ２２の正常判定（２回目）までの時間を短くすることが可能になる。

なお、以上の例では、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て切替弁周辺水温Ｔｖｗを推定しているが、エンジン水温ｔｈｗ１の推定値を用いて切替弁周辺水温Ｔｖｗを推定するようにしてもよい。その一例について以下に説明する。

（ｉ）エンジン回転数センサ（図示せず）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。

（ｉｉ）上記（ｉ）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。

（ｉｉｉ）上記（ｉｉ）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の推定値を算出する。

なお、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。

また、他の手法により切替弁周辺水温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の推定値を実験・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、例えばソレノイド等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、これら排気熱回収器、ＥＧＲクーラに加えて、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｌｕｉｄ）ウォーマ、ＡＴＦクーラなど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、エンジン（内燃機関）の冷却系において、ヒータ系統の水温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
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
２４ エアフロメータ
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 (4)

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、前記バイパス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感温部に埋め込まれた電気ヒータへの通電により当該制御弁を強制的に開弁することが可能に構成されているとともに、
   エンジン始動時からの吸入空気量積算値が規定値以上になったときのバイパス水温検出値とエンジン始動時のバイパス水温検出値との偏差が判定値よりも小さい場合には、前記電気ヒータへの通電により前記制御弁を強制的に開弁し、その制御弁の開弁後のバイパス水温検出値の変化量に基づいて前記バイパス水温センサの異常を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、
   前記バイパス通路は、排気熱回収器及び／またはＥＧＲクーラ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、
   前記制御弁は、こ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場合に、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。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに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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