JP6530238B2 - サーモスタットの異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの冷却回路に組み込まれるサーモスタット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に関する。

エンジンを冷却する冷却水が流れる冷却回路には、冷却水の温度に応じて開閉するサーモスタットが組み込まれている。サーモスタットは、冷却水の温度が開弁温度以上である場合に開弁し、ラジエーターに対する冷却水の流入を許可する。こうしたサーモスタットに関して、特許文献１には、冷間始動したエンジンの暖機完了時に、冷却水温度センサーの検出する冷却水温度と該冷却水温度の推定温度とを比較することによりサーモスタットの開固着の有無を判定する技術が開示されている。

特開２０１２−１２７３２４号公報

近年では、エンジンの暖機完了後においてもサーモスタットの開固着の有無を判定することが望まれている。本発明は、エンジンの暖機完了後におけるサーモスタットの開固着の有無の判定を可能にしたサーモスタットの異常判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するサーモスタットの異常判定装置は、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。

サーモスタットの開弁温度は暖機完了温度よりも高い温度に設定されるため、エンジンの暖機完了後は、冷却水温度および推定温度の双方が暖機完了温度よりも高い状態が維持されやすい。そのため、暖機完了後において、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推定温度が高く、かつ、冷却水温度が開固着判定温度以下である状態は、冷却水が過剰に冷却されている状態である。この冷却水の過剰な冷却はサーモスタットの開固着により生じる。上記構成によれば、暖機完了後において、推定温度が開固着判定温度よりも高く、かつ、冷却水温度が開固着判定温度以下である状態が判定期間だけ継続することにより、エンジンの暖機完了後にサーモスタットの開固着の有無を判定することができる。

上記サーモスタットの異常判定装置において、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とよい。

上記構成によれば、推定温度が開固着判定温度よりも高く、かつ、冷却水温度が開固着判定温度以下である状態が猶予期間だけ継続しなければ上記条件の成否を判断しない。これにより、判定部の判定結果に対する信頼度が高められる。

上記サーモスタットの異常判定装置は、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とよい。

外気温が低いときほど冷却水の温度が低下しやすく、かつ、上昇しにくいことから、上記構成のように、外気温が低いときほど猶予期間を長くすることによって、判定部の判定結果に対する信頼度がさらに高められる。

上記サーモスタットの異常判定装置において、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とよい。

上記構成のようにシリンダー吸熱量、ＥＧＲクーラー吸熱量、エンジン吸熱量、および、ブロック放熱量との熱収支に基づいて冷却水の温度変化量を演算することにより、推定温度の精度が高まる。

上記サーモスタットの異常判定装置において、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ことが好ましい。

サーモスタットは、ラジエーターによる放熱量と各種の吸熱量とが平衡状態となるように作動する。そのため、サーモスタットが開弁状態にあるとき、冷却水は、ラジエーターによる放熱量と各種の吸熱量とが平衡状態となる平衡温度に制御される。上記構成によれば、推定温度演算部は、冷却水の平衡温度を上限値として推定温度を演算する。これにより、推定温度の演算に際してラジエーターでの放熱量を考慮する必要がなくなることから、推定温度演算部に対する負荷が軽減される。

サーモスタットの異常判定装置の一実施形態を搭載したエンジンシステムの概略構成を示す図である。 エンジンシステムにおける冷却回路の回路構成を示す模式図であって、（ａ）はサーモスタットが閉状態にあるときの冷却水の流れを示し、（ｂ）はサーモスタットが開状態にあるときの冷却水の流れを示す図である。 サーモスタットの異常判定装置の概略構成を示す概略構成図である。 猶予期間テーブルを模式的に示すグラフである。 各種温度の変化と各フラグ等との関係を示すタイミングチャートであって、（ａ）はサーモスタットが正常である場合の一例を示すタイミングチャートであり、（ｂ）はサーモスタットが開固着した場合の一例を示すタイミングチャートである。

図１〜図５を参照して、サーモスタットの異常判定装置を具体化した一実施形態について説明する。まず、サーモスタットの異常判定装置が搭載されるエンジンシステムの全体構成について、図１を参照して説明する。

［エンジンシステムの概要］
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。

インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９が設けられている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２０には、コンプレッサー１８に連結軸を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２２が設けられている。

エンジンシステムは、ＥＧＲ装置２３を備える。ＥＧＲ装置２３は、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続するＥＧＲ通路２５を備える。ＥＧＲ通路２５には、水冷式のＥＧＲクーラー２６が設置され、ＥＧＲクーラー２６における吸気通路１６側にＥＧＲ弁２７が設置されている。ＥＧＲ弁２７が開状態にあるとき、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気通路１６に導入され、シリンダー１２には、排気ガスと吸入空気との混合気体である作動ガスが供給される。

エンジンシステムは、各種センサーを備える。吸入空気量センサー３１および吸気温度センサー３２は、吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流に位置する。吸入空気量センサー３１は、コンプレッサー１８に流入する吸入空気の質量流量である吸入空気量Ｇａを検出する。吸気温度センサー３２は、外気温センサーとして機能し、吸入空気の温度である吸気温度Ｔａを外気温として検出する。ＥＧＲ温度センサー３４は、ＥＧＲ通路２５におけるＥＧＲクーラー２６とＥＧＲ弁２７との間に位置し、ＥＧＲ弁２７に流入するＥＧＲガスの温度であるＥＧＲクーラー出口温度Ｔ_ｅｇｒｃを検出する。ブースト圧センサー３６は、吸気通路１６に対するＥＧＲ通路２５の接続部分とインテークマニホールド１４との間に位置し、作動ガスの圧力であるブースト圧Ｐｂを検出する。作動ガス温度センサー３７は、インテークマニホールド１４に取り付けられ、シリンダー１２に流入する作動ガスの温度である作動ガス温度Ｔｉｍを検出する。エンジン回転数センサー３８は、クランクシャフト３０の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを検出する。

［冷却回路］
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。

第１冷却回路５１は、エンジン１０やＥＧＲクーラー２６に形成された冷却水通路を含み、ポンプ５３の駆動によって冷却水が循環する回路である。第２冷却回路５２は、冷却水を冷却するラジエーター５６を有する回路である。サーモスタット５５は、冷却水の温度が開弁温度以上であるときに開弁し、ラジエーター５６に対する冷却水の流入を許可する。開弁温度は、エンジン１０の暖機が完了したと判断される暖機完了温度Ｔ１以上の温度である。

サーモスタット５５が閉弁状態にあるとき、冷却水は、図２（ａ）に示すように第１冷却回路５１を循環し、エンジン１０およびＥＧＲガスを冷却することで温度が上昇する。一方、サーモスタット５５が開弁状態にあるとき、冷却水は、図２（ｂ）に示すように第１冷却回路５１および第２冷却回路５２を循環し、ラジエーター５６にて冷却されることで温度が低下する。サーモスタット５５は、ラジエーター５６による放熱量と各種の吸熱量とが平衡状態となるように作動する。そのため、サーモスタット５５が開弁状態にあるとき、冷却水は、ラジエーター５６による放熱量と各種の吸熱量とが平衡状態となる平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍに制御される。この平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍは、予め行った実機を用いた実験の結果に基づいて設定される。また、冷却回路５０は、サーモスタット５５を通過した冷却水の温度である冷却水温度Ｔｗを検出する冷却水温度センサー４４を備える。

［サーモスタットの異常判定装置］
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。

図３に示すように、異常判定装置６０は、マイクロコンピューターを中心に構成されており、各センサーからの信号の他、燃料噴射を制御する燃料噴射制御部４２から燃料の質量流量である燃料噴射量Ｇｆを示す信号、および、車速センサー４５から車速ｖを示す信号等が入力される。異常判定装置６０は、メモリ６３に格納された各種プログラムおよびエンジン吸熱量マップ６３ｃ等の各種データに基づき、エンジン１０の暖機完了後にサーモスタット５５の開固着の有無を判定する。異常判定装置６０は、サーモスタット５５の開固着を検出した場合には警告灯６５（ＭＩＬ：Ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ Ｌａｍｐ）を点灯し、エンジンシステムの異常を運転者に通知する。

異常判定装置６０は、冷却水温度Ｔｗの推定値である推定温度Ｔｃを演算する推定温度演算部６１（以下、単に演算部６１という。）と、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判定部６２とを備える。

［推定温度演算部６１］
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Ｔｃ_ｔｈｍを上限値として推定温度Ｔｃを演算する。式（１）にて、Ｔｃ_ｉ−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ｑ_ｃｙｌ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ｑ_ｅｇｒ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ｑ_ｅｎｇ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ｑ_ｂｌｋ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。

［微小時間ｄｔにおけるシリンダー吸熱量ｑ_ｃｙｌ］
シリンダー吸熱量ｑ_ｃｙｌ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。

また、演算部６１は、エキゾーストマニホールド１５内における排気ガスの温度である排気温度Ｔ_ｅｘｈを演算する。演算部６１は、式（３）に示すように、燃料噴射量Ｇｆ／作動ガス量Ｇｗｇの混合気がエンジン回転数Ｎｅのもとで燃焼したときの温度上昇値を演算し、この温度上昇値に作動ガス温度Ｔｉｍを加算することで排気温度Ｔ_ｅｘｈを演算する。演算部６１は、メモリ６３に格納された温度上昇マップ６３ａから温度上昇値を演算する。温度上昇マップ６３ａ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、エンジン回転数Ｎｅ、および、燃料噴射量Ｇｆ／作動ガス量Ｇｗｇごとに温度上昇値を規定したマップである。

また、演算部６１は、式（４）に示すように、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｇｆ、作動ガス密度ρｉｍに基づき、シリンダー１２の内壁に対する燃焼ガス熱の伝熱のしやすさを示す第１熱伝達係数ｈ_ｃｙｌを演算する。演算部６１は、メモリ６３に格納された第１係数マップ６３ｂから第１熱伝達係数ｈ_ｃｙｌを演算する。第１係数マップ６３ｂ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、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｇｆ、および、作動ガス密度ρｉｍごとに第１熱伝達係数ｈ_ｃｙｌを規定したマップである。なお、式（４）にて、エンジン回転数Ｎｅはピストンの平均スピード、燃料噴射量Ｇｆは燃料の噴射圧、作動ガス密度ρｉｍは、シリンダー１２からの排気ガスの排出速度に関するパラメーターである。

演算部６１は、式（５）に示すように、排気温度Ｔ_ｅｘｈと推定温度の前回値Ｔｃ_ｉ−１との温度差に対して、第１熱伝達係数ｈ_ｃｙｌとシリンダー１２の表面積Ａ_ｃｙｌとを乗算することで微小時間ｄｔにおけるシリンダー吸熱量ｑ_ｃｙｌを演算する。シリンダー吸熱量ｑ_ｃｙｌは、燃焼ガスとシリンダー１２の内壁との間における熱交換量である。なお、シリンダー１２の表面積は、シリンダー１２のボア径を直径、ピストンのストローク量を高さとする円柱の表面積である。

［微小時間ｄｔにおけるＥＧＲクーラー吸熱量ｑ_ｅｇｒ］
ＥＧＲクーラー吸熱量ｑ_ｅｇｒ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Ｇ_ｅｇｒとして演算する。演算部６１は、式（６）に示すように、排気温度Ｔ_ｅｘｈとＥＧＲクーラー出口温度Ｔ_ｅｇｒｃとの温度差に対し、ＥＧＲ量Ｇ_ｅｇｒ、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ｑ_ｅｇｒを演算する。

［微小時間ｄｔにおけるエンジン吸熱量ｑ_ｅｎｇ］
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ｑ_ｅｎｇ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ｑ_ｅｎｇ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ｑ_ｅｎｇをエンジン回転数Ｎｅごとに規定したマップである。

［微小時間ｄｔにおけるブロック放熱量ｑ_ｂｌｋ］
ブロック放熱量ｑ_ｂｌｋ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ｈ_ｂｌｋ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ｈ_ｂｌｋ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ｈ_ｂｌｋ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Ｔｃ_ｉ−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Ａ_ｂｌｋと第２熱伝達係数ｈ_ｂｌｋ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ｑ_ｂｌｋを演算する。エンジンブロックの表面積Ａ_ｂｌｋ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。

上記各種の熱量を演算した演算部６１は、上記（１）にしたがって、熱収支ｑを熱容量Ｃで除算した値を温度変化量として前回値Ｔｃ_ｉ−１に加算することにより推定温度Ｔｃを演算する。式（１）にも示したように、演算部６１は、冷却水の平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍを上限値として推定温度Ｔｃを演算する。そのため、例えば、前回値Ｔｃ_ｉ−１が平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍであった場合、推定温度Ｔｃは、熱収支ｑが正であれば平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍに維持され、熱収支ｑが負であれば平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍよりも低くなる。なお、熱収支ｑは、エンジン１０が通常の運転状態にあるときには正の値をとり、例えば、寒冷地におけるアイドリング状態や下り坂における低負荷低回転状態において負の値をとる。熱収支ｑが負の値となる状態を以下では放熱状態という。

［判定部６２］
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。

判定部６２は、推定温度Ｔｃに基づき、サーモスタット５５の開固着についての判定の許否を示すフラグＦ１の値を設定する。判定部６２は、推定温度Ｔｃが開固着判定温度Ｔ２以下のときはフラグＦ１の値を０に設定し、サーモスタット５５の開固着についての判定を禁止する。判定部６２は、開固着判定温度Ｔ２よりも推定温度Ｔｃが高いときはフラグＦ１の値を１に設定し、サーモスタット５５の開固着についての判定を許可する。

判定部６２は、冷却水温度Ｔｗに基づき冷却水温度Ｔｗの異常を示すフラグＦ２の値を設定する。判定部６２は、暖機完了後に、冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下である状態が猶予期間ＤＴだけ継続するとフラグＦ２の値を０から１に変更し、冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２よりも高くなるとフラグＦ２の値を１から０に変更する。すなわち、猶予期間ＤＴは、フラグＦ２の値を０から１へ変更する際の猶予を示す。判定部６２は、メモリ６３に格納された猶予期間テーブル６３ｅに基づき猶予期間ＤＴを設定する。

図４に示すように、猶予期間テーブル６３ｅは、吸気温度Ｔａごとの猶予期間ＤＴを規定している。猶予期間ＤＴ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く値であり、吸気温度Ｔａが低いほど長い。これは、外気温が低いほどブロック放熱量ｑ_ｂｌｋが多くなるため、冷却水温度Ｔｗが上昇しにくいことに基づく。判定部６２は、猶予期間テーブル６３ｅから猶予期間ＤＴを選択することで猶予期間ＤＴを設定する。

ここで、サーモスタット５５が正常であり、かつ、上述した放熱状態でなければ、暖機完了後に冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下まで低下することは少なく、また、開固着判定温度Ｔ２以下まで低下したとしても短時間で開固着判定温度Ｔ２よりも高くなる。そのため、フラグＦ１の値が１であるときに冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下になったことのみを条件としてサーモスタット５５の開固着を検出するとなれば、異常判定装置６０の判定結果に対する信頼度が低くなる。

これに対し、判定部６２は、フラグＦ１の値が１であり、かつ、フラグＦ２の値が１である状態が判定期間ＪＴだけ継続することを条件にサーモスタット５５の開固着を検出する。これにより、異常判定装置６０の判定結果に対する信頼度が高くなる。また、判定部６２は、猶予期間ＤＴを設定し、その猶予期間ＤＴにおいて冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２よりも高くなったときにはフラグＦ２の値を０に維持する。すなわち、判定部６２は、冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下まで低下し、かつ、その状態が猶予期間ＤＴだけ継続しなければフラグＦ２の値を０から１に変更しない。これにより、異常判定装置６０の判定結果に対する信頼度がさらに高くなる。

また、吸気温度Ｔａが低いときほどブロック放熱量ｑ_ｂｌｋが多くなることから、冷却水温度Ｔｗは、吸気温度Ｔａが低いほど低下しやすく、かつ、上昇しにくい。そのため、吸気温度Ｔａが低いときほど猶予期間ＤＴが長く設定されることで、吸気温度Ｔａに適した条件のもとでサーモスタット５５の開固着の有無を判定することが可能である。その結果、サーモスタット５５の開固着が誤って検出されにくくなることから、異常判定装置６０の判定結果に対する信頼度がさらに高くなる。

［作用］
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。

まず、図５（ａ）を参照してサーモスタット５５が正常な場合について説明する。
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。

時刻ｔ１と次の時刻ｔ２との間に、冷却水温度Ｔｗがサーモスタット５５の開弁温度に到達する。冷却水温度Ｔｗが開弁温度に到達すると、サーモスタット５５が開弁してラジエーター５６による冷却水の冷却が開始される。

時刻ｔ２から次の時刻ｔ３までは、暖機完了後のエンジン１０が通常の運転状態にあり、冷却水温度Ｔｗに応じたサーモスタット５５の開閉が繰り返され冷却水温度Ｔｗがおよそ平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍに維持される。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は熱収支ｑが正の値であるため、演算部６１は平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍを推定温度Ｔｃとして演算する。

次の時刻ｔ４において冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下になる場合、サーモスタット５５が正常であれば、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、エンジン１０は放熱状態にある。そのため、時刻ｔ３以降、冷却水温度Ｔｗおよび推定温度Ｔｃの双方が低下し、時刻ｔ４において冷却水温度Ｔｗおよび推定温度Ｔｃの双方が開固着判定温度Ｔ２以下になる。時刻ｔ４において、判定部６２は、冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下になることで、時刻ｔ４を起点として吸気温度Ｔａに応じた猶予期間ＤＴを設定する。また、判定部６２は、推定温度Ｔｃが開固着判定温度Ｔ２以下になることでフラグＦ１の値を１から０に変更して、サーモスタット５５の開固着についての判定を禁止する。そして判定部６２は、冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下である状態が猶予期間ＤＴ後の時刻ｔ５まで継続するとフラグＦ２の値を０から１に変更する。判定部６２は、フラグＦ１の値が０であり、かつ、フラグＦ２の値が１である状態が時刻ｔ５から判定期間ＪＴ後の時刻ｔ６まで継続することを条件にサーモスタット５５が正常であると判定する。

次に、図５（ｂ）を参照してサーモスタット５５が開固着した場合について説明する。例えば、各温度が図５（ａ）と同様に推移したのち時刻ｔ３の直前にサーモスタット５５が開固着したと仮定する。この場合、図５（ｂ）に示すように、時刻ｔ３以降、冷却水温度Ｔｗがサーモスタット５５の開弁温度より低くてもラジエーター５６に冷却水が流入し続ける。また、推定温度Ｔｃは、ラジエーター５６での放熱量を考慮せずに演算されるため、サーモスタット５５の開固着の影響を受けることなく推移する。そのため、時刻ｔ４では、冷却水温度Ｔｗのみが開固着判定温度Ｔ２以下の温度まで低下する。また、時刻ｔ４以降、フラグＦ１の値が１に維持されることでサーモスタット５５の開固着についての判定が許可された状態が維持される。

時刻ｔ４において、判定部６２は、時刻ｔ４を起点として吸気温度Ｔａに応じた猶予期間ＤＴを設定する。そして判定部６２は、冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下である状態が猶予期間ＤＴ後の時刻ｔ５まで継続するとフラグＦ２の値を０から１に変更する。判定部６２は、フラグＦ１の値が１であり、かつ、フラグＦ２の値が１である状態が時刻ｔ５から判定期間ＪＴ後の時刻ｔ６まで継続することを条件にサーモスタット５５が開固着していると判定する。そして判定部６２は、警告灯６５を点灯する。

上記実施形態の異常判定装置６０によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（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。

（２）判定部６２は、冷却水温度Ｔｗが開固着判定温度Ｔ２以下であり、かつ、推定温度Ｔｃが開固着判定温度Ｔ２よりも高い状態が猶予期間ＤＴおよび判定期間ＪＴだけ継続したときにサーモスタット５５の開固着を検出する。その結果、サーモスタット５５の開固着の誤検出が抑えられ、異常判定装置６０の判定結果に対する信頼度が高められる。

（３）吸気温度Ｔａが低いほど猶予期間ＤＴが長いことから、異常判定装置６０の判定結果に対する信頼度がさらに高められる。
（４）シリンダー吸熱量ｑ_ｃｙｌ、ＥＧＲクーラー吸熱量ｑ_ｅｇｒ、エンジン吸熱量ｑ_ｅｎｇ、および、ブロック放熱量ｑ_ｂｌｋ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。

（５）演算部６１は、平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍを上限値として推定温度Ｔｃを演算する。こうした構成によれば、サーモスタット５５の開弁中はラジエーター５６からの放熱量を考慮する必要がない。その結果、推定温度Ｔｃの演算について、演算部６１の負荷が軽減されるとともに、例えばラジエーター５６での放熱量を求めるための構成が不要となるため、異常判定装置６０の構成要素の低減も図ることができる。

（６）ここで、シリンダー１２からの排気ガスの排出速度に関するパラメーターとしては、作動ガス密度ρｉｍよりも、排気ガスの流出先であるエキゾーストマニホールド１５内の排気ガスの密度を用いることが好ましい。しかしながら、排気ガスの温度や成分についての耐久性に優れたセンサーが新たに必要となる。この点、シリンダー１２からの排気ガスの排出速度に関するパラメーターとして作動ガス密度ρｉｍが用いられることにより、エンジンシステムに搭載される既存のセンサーを用いることが可能である。その結果、異常判定装置６０の構成要素およびコストの低減が図られる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・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。

・演算部６１は、作動ガス密度ρｉｍに代えて、エキゾーストマニホールド１５内の排気ガスの密度を用いて第１熱伝達係数ｈ_ｃｙｌを演算してもよい。こうした構成によれば、第１熱伝達係数ｈ_ｃｙｌの精度が高められる結果、推定温度Ｔｃの精度が高められる。なお、該排気ガスの密度は、例えば、エキゾーストマニホールド１５内の圧力および温度から求めることが可能である。

・演算部６１は、ＥＧＲクーラー出口温度Ｔ_ｅｇｒｃとＥＧＲクーラー２６に流入するＥＧＲガスの温度を検出する温度センサーの検出値との差に基づきＥＧＲクーラー吸熱量ｑ_ｅｇｒを演算してもよい。

・猶予期間ＤＴは、吸気温度Ｔａに拘わらず一定時間であってもよい。
・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。

・上記実施形態において、推定温度Ｔｃは、平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍを上限値として演算されている。これに限らず、推定温度Ｔｃの上限値は、平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍよりも低い温度に設定されてもよく、例えばサーモスタット５５の開弁温度やサーモスタット５５の開度が５０％となる温度であってもよい。こうした構成によれば、サーモスタット５５の特性に合わせて推定温度Ｔｃを演算することができる。また、推定温度Ｔｃの上限値が平衡温度Ｔｃ_ｔｈｍよりも低い温度に設定されることにより、フラグＦ１の値が０に設定されやすくなる。その結果、判定結果に対する信頼度がさらに高められる。

・エンジン１０は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン、天然ガスエンジンであってもよい。また、警告灯６５は、例えば警告音を発する警告音発生部であってもよい。

１０…エンジン、１２…シリンダー、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、２０…排気通路、２３…ＥＧＲ装置、２６…ＥＧＲクーラー、３１…吸入空気量センサー、３２…吸気温度センサー、３４…ＥＧＲ温度センサー、３６…ブースト圧センサー、３７…作動ガス温度センサー、３８…エンジン回転数センサー、４２…燃料噴射制御部、４４…冷却水温度センサー、４５…車速センサー、５０…冷却回路、５１…第１冷却回路、５２…第２冷却回路、５３…ポンプ、５５…サーモスタット、５６…ラジエーター、６０…異常判定装置、６１…推定温度演算部、６２…判定部、６３…メモリ、６３ｅ…猶予期間テーブル、６５…警告灯。

Claims (5)

1. 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、
   前記推定温度演算部は、
   前記開固着判定温度よりも高い温度を上限値として前記推定温度を演算する
   サーモスタットの異常判定装置。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 前記上限値は、
   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である
   請求項１〜４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。
   

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