JP5834452B2 - 冷却系の異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却系の異常判定装置に関し、特に、冷却水が空調装置に供給されるエンジンの冷却系の異常を判定する技術に関する。

エンジンの冷却水の流路を変更するために用いられるサーモスタットが知られている。たとえば、冷却水の温度が所定の温度以下であると、サーモスタットにより冷却水がエンジン内のみ循環させられる。冷却水の温度が所定の温度を超えると、冷却水がラジエータにも流通される。

このようなサーモスタットが異常であるために、たとえばラジエータへの冷却水の流入ができないと、冷却水の温度が過剰になり得る。このような不具合を防止するため、異常なサーモスタットを交換する必要がある。この目的のため、サーモスタットの異常をＥＣＵ（Electronic Control Unit）などのコンピュータによって判定することが望ましい。

サーモスタットの異常は、冷却水の温度から判定することが可能である。ところが、たとえば冷却水の熱を利用して暖房するように空調装置が作動していると、冷却水の温度が下がり得る。この場合、サーモスタットの異常を誤判定し得る。このような誤判定を回避すべく、特開２０１０−７６３１号公報（特許文献１）は、空調用ヒータが作動している場合には、冷却水の温度の検出値に、空調用ヒータの影響による温度の低下分を加算すること、あるいは、異常判定に用いられるしきい値を低くするように補正することを開示する。

特開２０１０−７６３１号公報

しかしながら、暖房に費やされる熱量、すなわち暖房による冷却水の温度の低下量は、外気温度、風量、空調装置の作動モード、デフロスタの作動の有無などの様々な要因によって変化し得る。したがって、温度の検出値またはしきい値を、暖房による影響を正しく考慮して補正することは極めて困難である。そのため、サーモスタットの異常の判定精度を向上する余地があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、冷却系の異常の判定精度を向上することである。

冷却水が空調装置に供給されるエンジンの冷却系の異常判定装置は、エンジンの冷却水の温度を推定するための手段と、エンジンの冷却水の温度を検出するための手段と、推定された温度が第１のしきい値以上であって、かつ検出された温度が第２のしきい値以下であると、空調装置において用いられる冷却水の量を低減するための手段と、空調装置において用いられる冷却水の量を低減した後に検出された温度から、冷却系の異常を判定するための手段とを備える。

この異常判定装置によると、エンジンの冷却水の推定温度が上昇したにも関わらず、検出温度が上昇していないと、空調装置において用いられる冷却水の量が低減される。これにより、空調装置によって冷却水から奪われる熱量が低減される。この状態で得られた検出値に基いて、冷却系の異常が判定される。そのため、空調装置による影響を小さくした状態で、冷却系の異常が判定される。したがって、空調装置によって冷却水の温度が低減されたことに起因する冷却系の異常の誤判定を抑制できる。その結果、異常の判定精度を向上できる。

ハイブリッド車を示す概略構成図である。 ハイブリッド車の電気システムを示す図である。 エンジンが駆動する期間および停止する期間を示す図である。 エンジンの冷却系を示す図である。 ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、ハイブリッド車には、エンジン１００と、第１モータジェネレータ１１０と、第２モータジェネレータ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とが搭載される。なお、以下の説明においては一例として外部の電源からの充電機能を有さないハイブリッド車について説明するが、外部の電源からの充電機能を有するプラグインハイブリッド車を用いてもよい。また、エンジン１００のみを駆動源として搭載した車両を用いてもよい。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０、第２モータジェネレータ１２０、バッテリ１５０は、ＥＣＵ１７０により制御される。ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

この車両は、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。すなわち、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちのいずれか一方もしくは両方が、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択される。

たとえば、運転者がアクセルペダル１７２を操作した結果に応じて、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０が制御される。アクセルペダル１７２の操作量（アクセル開度）は、アクセル開度センサ（図示せず）により検出される。

アクセル開度が小さい場合および車速が低い場合などには、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源としてハイブリッド車が走行する。この場合、エンジン１００が停止される。ただし、発電などのためにエンジン１００が駆動する場合がある。

また、アクセル開度が大きい場合、車速が高い場合、バッテリ１５０の残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が小さい場合などには、エンジン１００が駆動される。この場合、エンジン１００のみ、もしくはエンジン１００および第２モータジェネレータ１２０の両方を駆動源としてハイブリッド車が走行する。

エンジン１００は、内燃機関である。エンジン１００に吸入される空気の量（以下、吸気量とも記載する）は、エアフローメータ１０１により検出される。燃料と空気の混合気が燃焼室内で燃焼することよって、出力軸であるクランクシャフトが回転する。エンジン１００から排出される排気ガスは、触媒１０２によって浄化された後、車外に排出される。触媒１０２は、特定の温度まで暖機されることによって浄化作用を発揮する。触媒１０２の暖機は、排気ガスの熱を利用して行なわれる。触媒１０２は、たとえば三元触媒である。

エンジン１００の冷却水は、ハイブリッド車に搭載された空調装置１０４を通って循環する。空調装置１０４は、エンジン１００の冷却水を用いて車室内の空気を加熱する。より具体的には、ヒータコアに導入された冷却水と空気とが熱交換され、暖められた空気が車室内に送られる。なお、空調装置１０４には周知の一般的な技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。エンジン１００の冷却水の温度は、温度センサ１０６により検出される。さらに、エンジン１００の冷却水の温度は、ＥＣＵ１７０により吸気量から推定される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０は、動力分割機構１３０を介して接続されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１モータジェネレータ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第１モータジェネレータ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０の残存容量の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力はそのまま第２モータジェネレータ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

第１モータジェネレータ１１０が発電機として作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。第１モータジェネレータ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第２モータジェネレータ１２０についても同様である。

第２モータジェネレータ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第２モータジェネレータ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１モータジェネレータ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。

第２モータジェネレータ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２モータジェネレータ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２モータジェネレータ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

ハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２モータジェネレータ１２０が駆動され、第２モータジェネレータ１２０が発電機として作動する。これにより第２モータジェネレータ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２モータジェネレータ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１モータジェネレータ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第２モータジェネレータ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の回転数は、共線図において直線で結ばれる関係になる。

バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の他、車両の外部の電源から供給される電力が充電される。なお、バッテリ１５０の代わりにもしくは加えてキャパシタを用いるようにしてもよい。バッテリ１５０の温度は、温度センサ１５２により検出される。

図２を参照して、ハイブリッド車の電気システムについてさらに説明する。ハイブリッド車には、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、システムメインリレー２３０とが設けられる。

コンバータ２００は、リアクトルと、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。

２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１７０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。

なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

バッテリ１５０から放電された電力を第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０により発電された電力をバッテリ１５０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００と、各インバータとの間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

第１インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第１モータジェネレータ１１０の各コイルの中性点１１２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第１モータジェネレータ１１０に供給する。また、第１インバータ２１０は、第１モータジェネレータ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

第２インバータ２２０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第２モータジェネレータ１２０の各コイルの中性点１２２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

第２インバータ２２０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第２モータジェネレータ１２０に供給する。また、第２インバータ２２０は、第２モータジェネレータ１２０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、ＥＣＵ１７０により制御される。

システムメインリレー２３０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に設けられる。システムメインリレー２３０は、バッテリ１５０と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。システムメインリレー２３０が開いた状態であると、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。システムメインリレー２３０が閉じた状態であると、バッテリ１５０が電気システムに接続される。

システムメインリレー２３０の状態は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ＥＣＵ１７０が起動すると、システムメインリレー２３０が閉じられる。ＥＣＵ１７０が停止する際、システムメインリレー２３０が開かれる。

図３を参照して、エンジン１００の制御態様についてさらに説明する。図３に示すように、ハイブリッド車の出力パワーがエンジン始動しきい値以上になると、エンジン１００が駆動される。たとえば、第１モータジェネレータ１１０によってエンジン１００をクランキングすることによって、エンジン１００が始動される。これにより、第２モータジェネレータ１２０の駆動力に加えて、もしくは代わりに、エンジン１００の駆動力を用いてハイブリッド車が走行する。また、エンジン１００の駆動力を用いて第１モータジェネレータ１１０が発電した電力が第２モータジェネレータ１２０に直接供給される。

出力パワーは、ハイブリッド車の走行に用いられるパワーとして設定される。出力パワーは、たとえば、アクセル開度および車速などをパラメータに有するマップに従ってＥＣＵ１７０により算出される。なお、出力パワーを算出する方法はこれに限らない。出力パワーの代わりに、トルク、加速度、駆動力およびアクセル開度などを用いるようにしてもよい。たとえば、アクセル開度が、車速毎に定められたしきい値以上であるとエンジン１００を駆動するようにしてもよい。

一方、ハイブリッド車の出力パワーがエンジン始動しきい値より小さいと、第２モータジェネレータ１２０の駆動力のみを用いてハイブリッド車が走行する。この場合、原則として、エンジン１００への燃料供給が停止され、エンジン１００が停止される。

図４を参照して、エンジン１００の冷却系４００について説明する。エンジン１００には、ウォータポンプ１０９から冷却水が供給される。

エンジン１００に供給された冷却水は、エンジン１００の下方から上方に流れるように、シリンダブロック１０７を流通した後、シリンダヘッド１０８を通り抜ける。

ウォータポンプ１０９は、エンジン１００のクランクシャフト（図示せず）に連結され、クランクシャフトが回転することにより駆動される。ウォータポンプ１０９は、電動モータによって駆動される電動ウォータポンプであってもよい。

ウォータポンプ１０９からエンジン１００に供給された冷却水は、シリンダブロック１０７およびシリンダヘッド１０８を流通した後、ラジエータ４１０、サーモスタット４２０および空調装置１０４のヒータ３００に供給される。

ラジエータ４１０は、冷却水と空気とを熱交換させ、冷却水を冷却する。サーモスタット４２０は、冷却水の温度が予め定められた温度よりも高い場合、ラジエータ４１０からウォータポンプ１０９への冷却水の流れを許容する。すなわち、サーモスタット４２０は、冷却水の温度が予め定められた温度よりも高い場合、ラジエータ４１０への冷却水の供給を許容する。ヒータ３００は、冷却水と空気とを熱交換させ、空気を暖める。ヒータ３００において暖められた空気は、車室内の暖房などに利用される。

シリンダブロック１０７およびシリンダヘッド１０８を流通した冷却水は、冷却水通路４０２を通って、ラジエータ４１０、サーモスタット４２０およびヒータ３００に供給される。

図５を参照して、ＥＣＵ１７０が実行する処理について説明する。なお、以下に説明する処理は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

ステップ（以下ステップをＳと略す）１００にて、エンジン１００の冷却水の推定値（以下、推定水温とも記載する）が、第１のしきい値以上であるか否かが判定される。エンジン１００の推定水温は、たとえば、吸気量の積算値に応じてマップに従って算出される。エンジン１００の推定水温を算出する方法には周知の技術を利用すればよいため、ここではその詳細な説明は繰りかえさない。

エンジン１００の推定水温が第１しきい値以上であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、温度センサ１０６により検出された、エンジン１００の冷却水の温度の検出値（以下、実水温とも記載する）が第２しきい値以下であるか否かが判定される。

エンジン１００の実水温が第２しきい値以下であると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、Ｓ１０４にて、ヒータ３００が作動中であるか否かが判定される。ヒータ３００が作動中であると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、Ｓ１０６にて、ヒータ３００において用いられる冷却水の量が低減される。

例えば、ヒータ３００に供給される冷却水の流量が低減されたり、ヒータ３００の作動が停止されたりすることによって、ヒータ３００において用いられる冷却水の量が低減される。その他、ウォータポンプ１０９の吐出量を低減するようにしてもよい。

さらに、Ｓ１０８にて、ヒータ３００において用いられる冷却水の量が低減された後にいて検出された実水温から、冷却系４００の異常、具体的にはサーモスタット４２０の異常が判定される。たとえば、実水温と推定水温との差が第３のしきい値以上であると、サーモスタット４２０が異常であると判定される。

以上のように、本実施の形態によると、エンジン１００推定水温が上昇したにも関わらず、実水温が上昇していないと、空調装置１０４のヒータ３００において用いられる冷却水の量が低減される。これにより、ヒータ３００によって冷却水から奪われる熱量が低減される。この状態で検出された実水温に基いて、冷却系４００、具体的にはサーモスタット４２０の異常が判定される。そのため、ヒータ３００による影響を小さくした状態で、サーモスタット４２０の異常が判定される。したがって、ヒータ３００によって水温が低減されたことに起因するサーモスタット４２０の異常の誤判定を抑制できる。その結果、異常の判定精度を向上できる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ エンジン、１０１ エアフローメータ、１０２ 触媒、１０４ 空調装置、１０６ 温度センサ、１０７ シリンダブロック、１０８ シリンダヘッド、１０９ ウォータポンプ、１７０ ＥＣＵ、３００ ヒータ、４００ 冷却系、４０２ 冷却水通路、４１０ ラジエータ、４２０ サーモスタット。

Claims (1)

1. 冷却水が空調装置に供給されるエンジンの冷却系の異常判定装置であって、
   前記空調装置による冷却水の温度低下の影響を考慮せずに、エンジンの冷却水の温度を推定するための手段と、
   前記エンジンの冷却水の温度を検出するための手段と、
   推定された温度が第１のしきい値以上であって、かつ検出された温度が前記第１のしきい値に到達していない場合に、前記空調装置において利用される冷却水の量を低減するための手段と、
   前記空調装置において用いられる冷却水の量を低減した後に検出された温度から、前記冷却系の異常を判定するための手段とを備える、冷却系の異常判定装置。

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