WO2016189912A1 - サーモスタットの異常判定装置 - Google Patents

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WO2016189912A1
WO2016189912A1 PCT/JP2016/055847 JP2016055847W WO2016189912A1 WO 2016189912 A1 WO2016189912 A1 WO 2016189912A1 JP 2016055847 W JP2016055847 W JP 2016055847W WO 2016189912 A1 WO2016189912 A1 WO 2016189912A1
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WO
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temperature
cooling water
engine
thermostat
amount
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/055847
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English (en)
French (fr)
Inventor
基義 金田
平 中野
Original Assignee
日野自動車 株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/20—Cooling circuits not specific to a single part of engine or machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/14—Indicating devices; Other safety devices
    • F01P11/16—Indicating devices; Other safety devices concerning coolant temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P2003/001—Cooling liquid

Definitions

  • the present invention relates to an abnormality determination device for a thermostat for determining whether or not a thermostat incorporated in an engine cooling circuit is open and stuck.
  • a thermostat that opens and closes according to the temperature of the cooling water is incorporated in the cooling circuit through which the cooling water for cooling the engine flows.
  • the thermostat opens when the temperature of the cooling water is equal to or higher than the valve opening temperature, and allows the cooling water to flow into the radiator.
  • Patent Document 1 discloses that when a cold-started engine is warmed up, the temperature of the thermostat is fixed by comparing the coolant temperature detected by the coolant temperature sensor with the estimated temperature of the coolant.
  • a technique for determining the presence or absence is disclosed.
  • thermostat abnormality determination device that makes it possible to determine whether or not a thermostat is open and stuck after the completion of engine warm-up.
  • the thermostat abnormality determination device that solves the above problem includes a cooling water temperature sensor, an estimated temperature calculation unit, and a determination unit.
  • the cooling water temperature sensor detects a temperature of cooling water for cooling the engine.
  • the estimated temperature calculation unit calculates an estimated temperature that is an estimated value of the temperature of the cooling water.
  • the determination unit determines that the thermostat is stuck open after the engine warm-up is completed.
  • the determination unit has a coolant temperature that is higher than the open fixing determination temperature that is lower than a warm-up completion temperature indicating completion of warm-up of the engine, and that is a detected value of the coolant temperature sensor. It is determined that the thermostat is open and fixed on the condition that the state where the temperature is equal to or lower than the open fixing determination temperature continues for the determination period.
  • the valve opening temperature of the thermostat is set to a temperature higher than the warm-up completion temperature, it is easy to maintain both the cooling water temperature and the estimated temperature higher than the warm-up completion temperature after the engine warm-up is completed. Therefore, after the warm-up is completed, the state where the estimated temperature is higher than the open sticking determination temperature that is lower than the warm-up completion temperature and the cooling water temperature is equal to or lower than the open sticking determination temperature is that the cooling water is excessive. It is in a cooled state. This excessive cooling of the cooling water is caused by the open fixing of the thermostat. According to the above configuration, after the warm-up is completed, the state where the estimated temperature is higher than the open fixing determination temperature and the cooling water temperature is equal to or lower than the open fixing determination temperature continues for the determination period. After completion, it can be determined whether the thermostat is openly fixed.
  • the determination unit has a grace period for determining success or failure of the condition.
  • the grace period is a period in which the state where the estimated temperature is higher than the open adhesion determination temperature and the cooling water temperature is equal to or lower than the open adhesion determination temperature continues.
  • the success or failure of the above condition is not determined unless the estimated temperature is higher than the open adhesion determination temperature and the cooling water temperature is equal to or lower than the open adhesion determination temperature for a grace period. Thereby, the reliability with respect to the determination result of a determination part is raised.
  • the thermostat abnormality determination device further includes an outside air temperature sensor for detecting outside air temperature.
  • maintains the grace period table which prescribed
  • the grace period table defines the longer grace period as the outside air temperature is lower.
  • the reliability of the judgment result of the judgment unit can be increased by extending the grace period as the outside air temperature is lower as in the above configuration. The degree is further increased.
  • the engine has an EGR device that recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage as EGR gas.
  • the EGR device has an EGR cooler that cools the EGR gas with the cooling water.
  • the estimated temperature calculation unit includes an engine speed, a fuel injection amount, an amount of working gas introduced into a cylinder, a temperature of the working gas, a density of the working gas, and an exhaust gas density in the exhaust manifold.
  • the engine heat absorption amount that is the heat absorption amount based on the engine block is calculated, and the block heat dissipation amount that is the heat dissipation amount from the engine block based on the vehicle speed, the outside air temperature, the previous estimated temperature, and the engine block surface area is calculated.
  • the estimated temperature calculation unit calculates a heat balance based on the cylinder heat absorption amount, the EGR cooler heat absorption amount, the engine heat absorption amount, and the block heat dissipation amount.
  • the estimated temperature calculation unit calculates the amount of change in temperature of the cooling water by dividing the heat balance by the added value of the heat capacity of the engine block and the heat capacity of the cooling water.
  • the accuracy of the estimated temperature is increased by calculating the temperature change amount of the cooling water based on the heat balance with the cylinder heat absorption amount, the EGR cooler heat absorption amount, the engine heat absorption amount, and the block heat dissipation amount as in the above configuration.
  • the estimated temperature calculation unit calculates the estimated temperature by using an equilibrium temperature of the cooling water when the thermostat is in a valve open state as an upper limit value.
  • the thermostat operates so that the amount of heat released by the radiator and various amounts of heat absorption are in an equilibrium state. Therefore, when the thermostat is in the valve open state, the cooling water is controlled to an equilibrium temperature at which the amount of heat released by the radiator and various amounts of heat absorption are in an equilibrium state.
  • the estimated temperature calculation unit calculates the estimated temperature using the cooling water equilibrium temperature as the upper limit value. This eliminates the need to consider the amount of heat released by the radiator when calculating the estimated temperature, thereby reducing the load on the estimated temperature calculation unit.
  • It is a schematic diagram which shows the circuit structure of the cooling circuit in an engine system, (a) shows the flow of the cooling water when a thermostat is in a closed state, (b) is the cooling water when a thermostat is in an open state. It is a figure which shows a flow.
  • It is a schematic block diagram which shows schematic structure of the abnormality determination apparatus of a thermostat. It is a graph which shows a grace period table typically.
  • FIGS. 1 to 5 an embodiment embodying a thermostat abnormality determination device will be described. First, the overall configuration of an engine system in which a thermostat abnormality determination device is mounted will be described with reference to FIG.
  • the engine system includes a water-cooled engine 10.
  • a plurality of cylinders 12 are formed in the cylinder block 11. Fuel is injected into each cylinder 12 from an injector 13.
  • An intake manifold 14 that supplies intake air to each cylinder 12 and an exhaust manifold 15 into which exhaust gas from each cylinder 12 flows are connected to the cylinder block 11.
  • a member constituted by the cylinder block 11 and a cylinder head (not shown) is called an engine block.
  • an air cleaner (not shown), a compressor 18 constituting a turbocharger 17, and an intercooler 19 are provided in this order from the upstream side.
  • the exhaust passage 20 connected to the exhaust manifold 15 is provided with a turbine 22 that is connected to the compressor 18 via a connecting shaft and constitutes the turbocharger 17.
  • the engine system includes an EGR device 23.
  • the EGR device 23 includes an EGR passage 25 that connects the exhaust manifold 15 and the intake passage 16.
  • a water-cooled EGR cooler 26 is installed in the EGR passage 25, and an EGR valve 27 is installed between the EGR cooler 26 and the intake passage 16.
  • EGR valve 27 When the EGR valve 27 is in an open state, a part of the exhaust gas is introduced into the intake passage 16 as EGR gas, and the cylinder 12 is supplied with a working gas that is a mixed gas of the exhaust gas and the intake air.
  • the engine system includes various sensors.
  • the intake air amount sensor 31 and the intake air temperature sensor 32 are located upstream of the compressor 18 in the intake passage 16.
  • the intake air amount sensor 31 detects an intake air amount Ga that is a mass flow rate of intake air flowing into the compressor 18.
  • the intake air temperature sensor 32 functions as an outside air temperature sensor, and detects the intake air temperature Ta, which is the temperature of the intake air, as the outside air temperature.
  • the EGR temperature sensor 34 is positioned between the EGR cooler 26 and the EGR valve 27 in the EGR passage 25 and detects an EGR cooler outlet temperature T egrc that is the temperature of the EGR gas flowing into the EGR valve 27.
  • the boost pressure sensor 36 is located between the connection portion of the EGR passage 25 with respect to the intake passage 16 and the intake manifold 14 and detects the boost pressure Pb that is the pressure of the working gas.
  • the working gas temperature sensor 37 is attached to the intake manifold 14 and detects a working gas temperature Tim that is the temperature of the working gas flowing into the cylinder 12.
  • the engine speed sensor 38 detects an engine speed Ne that is the speed of the crankshaft 30.
  • the cooling circuit 50 includes a first cooling circuit 51 including a pump 53 that pumps cooling water using the engine 10 as a power source, and a pump in the first cooling circuit 51. And a second cooling circuit 52 connected to the upstream side and the downstream side of 53.
  • the cooling circuit 50 includes a thermostat 55 at a connection portion between the first cooling circuit 51 and the second cooling circuit 52.
  • the first cooling circuit 51 includes a cooling water passage formed in the engine 10 and the EGR cooler 26, and is a circuit in which the cooling water circulates by driving the pump 53.
  • the 2nd cooling circuit 52 is a circuit which has the radiator 56 which cools a cooling water.
  • the thermostat 55 opens when the temperature of the cooling water is equal to or higher than the valve opening temperature, and allows the cooling water to flow into the radiator 56.
  • the valve opening temperature is a temperature equal to or higher than the warm-up completion temperature T1 at which it is determined that the warm-up of the engine 10 has been completed.
  • the thermostat 55 When the thermostat 55 is in the closed state, the coolant circulates through the first cooling circuit 51 as shown in FIG. 2A, and the temperature rises by cooling the engine 10 and the EGR gas.
  • the thermostat 55 when the thermostat 55 is in the valve open state, the cooling water circulates through the first cooling circuit 51 and the second cooling circuit 52 and is cooled by the radiator 56 as shown in FIG. Decreases.
  • the thermostat 55 operates so that the amount of heat released by the radiator 56 and various types of heat absorption are in an equilibrium state. Therefore, when the thermostat 55 is in the valve open state, the cooling water is controlled to an equilibrium temperature Tc thm at which the amount of heat released by the radiator 56 and various types of heat absorption are in an equilibrium state.
  • the cooling circuit 50 also includes a cooling water temperature sensor 44 that detects a cooling water temperature Tw that is the temperature of the cooling water that has passed through the thermostat 55.
  • thermostat abnormality determination device (hereinafter simply referred to as an abnormality determination device) for determining whether or not the thermostat 55 is stuck open will be described.
  • the abnormality determination device 60 is configured mainly with a microcomputer, and in addition to signals from each sensor, a fuel injection that is a fuel mass flow rate from a fuel injection control unit 42 that controls the fuel injection.
  • a signal indicating the amount Gf, a signal indicating the vehicle speed v, and the like are input from the vehicle speed sensor 45.
  • the abnormality determination device 60 determines whether or not the thermostat 55 is stuck open after the warm-up of the engine 10 is completed, based on various programs stored in the memory 63 and various data such as the engine heat absorption amount map 63c.
  • the abnormality determination device 60 turns on a warning lamp 65 (MIL: Malfunction Indication Lamp) when it detects that the thermostat 55 is open and stuck, and notifies the driver of the abnormality of the engine system.
  • MIL Malfunction Indication Lamp
  • the abnormality determination device 60 is based on an estimated temperature calculating unit 61 (hereinafter simply referred to as a calculating unit 61) that calculates an estimated temperature Tc that is an estimated value of the cooling water temperature Tw, and the estimated temperature Tc and the cooling water temperature Tw. And a determination unit 62 that determines whether or not the thermostat 55 is stuck open.
  • a calculating unit 61 that calculates an estimated temperature Tc that is an estimated value of the cooling water temperature Tw, and the estimated temperature Tc and the cooling water temperature Tw.
  • a determination unit 62 that determines whether or not the thermostat 55 is stuck open.
  • the computing unit 61 computes the estimated temperature Tc using the cooling water equilibrium temperature Tc thm as an upper limit value by performing the computation of the following equation (1) based on signals from various sensors.
  • Tc i-1 is the previous value of the estimated temperature Tc with the initial value of the coolant temperature Tw at the start of the engine 10
  • dq / dt is the calculation result of the following equation (2), which is very small
  • the heat balances q and C relating to the cooling water at time dt are the sum of the cooling water heat capacity and the engine block heat capacity.
  • the cylinder heat absorption q cyl is the heat transfer amount from the combustion gas to the inner wall of the cylinder 12
  • the EGR cooler heat absorption q egr is the heat absorption amount of the cooling water in the EGR cooler 26.
  • the engine heat absorption amount q eng is an amount of heat absorption caused by, for example, friction between the inner wall of the cylinder 12 and the piston, adiabatic compression of the working gas in the cylinder 12, or the like.
  • the block heat release amount q blk is a heat release amount from the engine block to the outside air.
  • the calculation unit 61 calculates a working gas amount Gwg that is a mass flow rate of the working gas supplied to the cylinder 12 and a working gas density ⁇ im that is a density of the working gas.
  • the calculation unit 61 calculates an exhaust temperature T exh that is the temperature of the exhaust gas in the exhaust manifold 15. As shown in the equation (3), the calculation unit 61 calculates a temperature increase value when the fuel-air injection amount Gf / working gas amount Gwg mixture burns at the engine speed Ne, and this temperature increase value is calculated. The exhaust gas temperature T exh is calculated by adding the working gas temperature Tim. The calculating unit 61 calculates a temperature increase value from the temperature increase map 63 a stored in the memory 63.
  • the temperature rise map 63a is a map that defines a temperature rise value for each engine speed Ne and for each fuel injection amount Gf / working gas amount Gwg based on the results of experiments and simulations using actual machines performed in advance.
  • the calculation unit 61 indicates the ease of heat transfer of the combustion gas heat to the inner wall of the cylinder 12 based on the engine speed Ne, the fuel injection amount Gf, and the working gas density ⁇ im.
  • a first heat transfer coefficient h cyl is calculated.
  • the calculation unit 61 calculates the first heat transfer coefficient h cyl from the first coefficient map 63 b stored in the memory 63.
  • the first coefficient map 63b defines the first heat transfer coefficient h cyl for each of the engine speed Ne, the fuel injection amount Gf, and the working gas density ⁇ im, based on the results of experiments and simulations using actual machines performed in advance. It is a map.
  • the engine speed Ne is an average piston speed
  • the fuel injection amount Gf is a fuel injection pressure
  • the working gas density ⁇ im is a parameter related to the exhaust gas discharge speed from the cylinder 12.
  • the calculation unit 61 calculates the first heat transfer coefficient h cyl and the surface area A cyl of the cylinder 12 with respect to the temperature difference between the exhaust temperature T exh and the previous value Tc i ⁇ 1 of the estimated temperature. Is multiplied by the cylinder endothermic amount q cyl in the minute time dt.
  • the cylinder endothermic amount q cyl is the amount of heat exchange between the combustion gas and the inner wall of the cylinder 12.
  • the surface area of the cylinder 12 is the surface area of a cylinder having the bore diameter of the cylinder 12 as the diameter and the stroke amount of the piston as the height.
  • the calculation unit 61 calculates a subtraction value of the intake air amount Ga with respect to the working gas amount Gwg as the EGR amount G egr .
  • the calculation unit 61 multiplies the temperature difference between the exhaust temperature T exh and the EGR cooler outlet temperature T egrc by the EGR amount G egr and the constant volume specific heat Cv of the exhaust gas, as shown in Expression (6). To calculate the EGR cooler endothermic amount q egr in the minute time dt.
  • the calculation unit 61 calculates an engine heat absorption amount q eng using the engine speed Ne as a parameter, as shown in Expression (7).
  • the calculation unit 61 calculates the engine heat absorption amount q eng in the minute time dt from the engine heat absorption amount map 63 c stored in the memory 63.
  • the engine heat absorption amount map 63c is a map in which the engine heat absorption amount q eng in the minute time dt is defined for each engine speed Ne based on the results of experiments and simulations using an actual machine performed in advance.
  • the calculation unit 61 calculates the second heat transfer coefficient indicating the ease of heat transfer between the engine block and the outside air based on the vehicle speed v as shown in the equation (8). h blk is calculated. The calculating unit 61 calculates the second heat transfer coefficient h blk from the second coefficient map 63 d stored in the memory 63.
  • the second coefficient map 63d is a map that defines the second heat transfer coefficient h blk for each vehicle speed v, based on the results of experiments and simulations performed using actual machines performed in advance.
  • the calculation unit 61 calculates the surface area A blk of the engine block and the second heat transfer coefficient h blk with respect to the temperature difference between the previous value Tc i-1 of the estimated temperature Tc and the intake air temperature Ta. To calculate the block heat dissipation q blk in the minute time dt.
  • the surface area A blk of the engine block is the area of the entire surface of the engine block excluding the surface on the back side with respect to the traveling direction, that is, the front portion where the traveling wind directly blows, and the traveling wind is the surface opposite to the traveling direction. It is the total area with the side part flowing above.
  • the calculation unit 61 that calculates the various heat amounts calculates the estimated temperature Tc by adding the value obtained by dividing the heat balance q by the heat capacity C to the previous value Tc i-1 as a temperature change amount according to (1) above. To do. As also shown in Expression (1), the calculation unit 61 calculates the estimated temperature Tc using the equilibrium temperature Tc thm of the cooling water as an upper limit value. Therefore, for example, when the previous value Tc i-1 was the equilibrium temperature Tc thm , the estimated temperature Tc is maintained at the equilibrium temperature Tc thm if the heat balance q is positive, and is balanced if the heat balance q is negative. It becomes lower than the temperature Tc thm .
  • the heat balance q takes a positive value when the engine 10 is in a normal operation state, and takes a negative value, for example, in an idling state in a cold region or a low load and low rotation state on a downhill.
  • a state in which the heat balance q is a negative value is referred to as a heat dissipation state.
  • the determination unit 62 determines whether or not the thermostat 55 is open and stuck based on the estimated temperature Tc that is the calculation result of the calculation unit 61 and the coolant temperature Tw that is the detection value of the coolant temperature sensor 44. judge.
  • Determining unit 62 sets the value of flag F1 indicating whether or not the determination about the open fixation of thermostat 55 is based on estimated temperature Tc. When the estimated temperature Tc is equal to or lower than the open adhesion determination temperature T2, the determination unit 62 sets the value of the flag F1 to 0, and prohibits determination regarding the open adhesion of the thermostat 55. The determination unit 62 sets the value of the flag F1 to 1 when the estimated temperature Tc is higher than the open fixing determination temperature T2, and permits the determination on the open fixing of the thermostat 55.
  • the determination part 62 sets the value of the flag F2 which shows abnormality of the cooling water temperature Tw based on the cooling water temperature Tw. After the warm-up is completed, the determination unit 62 changes the value of the flag F2 from 0 to 1 when the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the open fixing determination temperature T2 for the grace period DT, and the cooling water temperature Tw is fixed. When the temperature becomes higher than the determination temperature T2, the value of the flag F2 is changed from 1 to 0. That is, the grace period DT indicates a grace period when the value of the flag F2 is changed from 0 to 1. The determination unit 62 sets the grace period DT based on the grace period table 63e stored in the memory 63.
  • the grace period table 63e defines a grace period DT for each intake air temperature Ta.
  • the grace period DT is a value based on the results of experiments and simulations using actual machines performed in advance, and is longer as the intake air temperature Ta is lower. This is based on the fact that the block heat radiation amount q blk increases as the outside air temperature decreases, so that the cooling water temperature Tw hardly increases.
  • the determination unit 62 sets the grace period DT by selecting the grace period DT from the grace period table 63e.
  • the cooling water temperature Tw hardly decreases to the open sticking determination temperature T2 or less after the warm-up is completed, and the open sticking determination temperature T2 or less. Even if the temperature decreases to the open fixing determination temperature T2, it becomes higher in a short time. Therefore, if it is detected that the thermostat 55 is open and stuck only when the value of the flag F1 is 1 and the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the open and sticking judgment temperature T2, the determination result of the abnormality judgment device 60 is determined. Reliability is low.
  • the determination unit 62 detects the open fixation of the thermostat 55 on condition that the state where the value of the flag F1 is 1 and the value of the flag F2 is 1 continues for the determination period JT. Thereby, the reliability with respect to the determination result of the abnormality determination apparatus 60 becomes high.
  • the determination unit 62 sets a grace period DT, and maintains the value of the flag F2 at 0 when the cooling water temperature Tw becomes higher than the open adhesion determination temperature T2 during the grace period DT. That is, the determination unit 62 does not change the value of the flag F2 from 0 to 1 unless the cooling water temperature Tw decreases to the open fixing determination temperature T2 or less and the state does not continue for the grace period DT. Thereby, the reliability with respect to the determination result of the abnormality determination device 60 is further increased.
  • the block heat radiation amount q blk increases as the intake air temperature Ta is lower, the cooling water temperature Tw is more likely to decrease and less likely to increase as the intake air temperature Ta is lower. Therefore, by setting the grace period DT longer as the intake air temperature Ta is lower, it is possible to determine whether or not the thermostat 55 is stuck open under conditions suitable for the intake air temperature Ta. As a result, since the open fixation of the thermostat 55 is not easily detected by mistake, the reliability of the determination result of the abnormality determination device 60 is further increased.
  • the operation of the abnormality determination device 60 will be described by taking as an example a case where the cooling water temperature Tw is lowered to the open fixing determination temperature T2 or less after the warm-up is completed.
  • the values of the flag F1 and the flag F2 are 0, and the warning lamp 65 is turned off.
  • the cooling water temperature Tw reaches the valve opening temperature of the thermostat 55 between time t1 and the next time t2.
  • the thermostat 55 is opened and cooling of the cooling water by the radiator 56 is started.
  • the engine 10 after warming-up is in a normal operation state, and the thermostat 55 is repeatedly opened and closed according to the cooling water temperature Tw, so that the cooling water temperature Tw becomes approximately the equilibrium temperature Tc thm . Maintained. Further, since the heat balance q is a positive value during the period from time t2 to time t3, the calculation unit 61 calculates the equilibrium temperature Tc thm as the estimated temperature Tc.
  • the determination unit 62 sets a grace period DT corresponding to the intake air temperature Ta from the time t4 as the cooling water temperature Tw becomes equal to or lower than the open fixing determination temperature T2.
  • the determination unit 62 changes the value of the flag F1 from 1 to 0 when the estimated temperature Tc becomes equal to or lower than the open adhesion determination temperature T2, and prohibits the determination on the open adhesion of the thermostat 55. Then, the determination unit 62 changes the value of the flag F2 from 0 to 1 when the state where the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the open fixing determination temperature T2 continues until time t5 after the grace period DT. The determination unit 62 determines that the thermostat 55 is normal on condition that the state where the value of the flag F1 is 0 and the value of the flag F2 is 1 continues from time t5 to time t6 after the determination period JT. judge.
  • the thermostat 55 is stuck open.
  • the cooling water continues to flow into the radiator 56 even after the cooling water temperature Tw is lower than the valve opening temperature of the thermostat 55 after the time t3.
  • the estimated temperature Tc is calculated without taking into consideration the amount of heat released by the radiator 56, and thus changes without being affected by the open fixing of the thermostat 55. Therefore, at the time t4, only the cooling water temperature Tw falls to a temperature equal to or lower than the open sticking determination temperature T2. Further, after time t4, the value of the flag F1 is maintained at 1, so that the state where the determination on the open fixation of the thermostat 55 is permitted is maintained.
  • the determination unit 62 sets a grace period DT corresponding to the intake air temperature Ta, starting from time t4. Then, the determination unit 62 changes the value of the flag F2 from 0 to 1 when the state where the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the open fixing determination temperature T2 continues until time t5 after the grace period DT. The determination unit 62 determines that the thermostat 55 is opened and fixed on condition that the state where the value of the flag F1 is 1 and the value of the flag F2 is 1 continues from time t5 to time t6 after the determination period JT. It is determined that Then, the determination unit 62 turns on the warning lamp 65.
  • the advantages listed below can be obtained. (1) It is possible to determine whether or not the thermostat 55 is stuck open based on the estimated temperature Tc and the coolant temperature Tw even after the warm-up is completed.
  • the determination unit 62 indicates that the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the open fixation determination temperature T2, and that the estimated temperature Tc is higher than the open fixation determination temperature T2 for the grace period DT and the determination period JT.
  • the open fixing of the thermostat 55 is detected on the condition. As a result, erroneous detection of the open adhesion of the thermostat 55 is suppressed, and the reliability of the determination result of the abnormality determination device 60 is increased.
  • the accuracy of the estimated temperature Tc is calculated by calculating the estimated temperature Tc based on the heat balance q of the cylinder heat absorption q cyl , EGR cooler heat absorption q egr , engine heat absorption q eng , and block heat dissipation q blk. Can be increased.
  • the computing unit 61 computes the estimated temperature Tc using the equilibrium temperature Tc thm as an upper limit value. According to such a configuration, it is not necessary to consider the amount of heat released from the radiator 56 while the thermostat 55 is opened. As a result, with respect to the calculation of the estimated temperature Tc, the load on the calculation unit 61 is reduced and, for example, a configuration for obtaining the heat radiation amount in the radiator 56 is not required. be able to.
  • the parameter relating to the exhaust gas discharge speed from the cylinder 12 it is preferable to use the density of the exhaust gas in the exhaust manifold 15 to which the exhaust gas flows out, rather than the working gas density ⁇ im.
  • a sensor excellent in durability with respect to the temperature and components of the exhaust gas is newly required.
  • the working gas density ⁇ im is used as a parameter relating to the exhaust gas discharge speed from the cylinder 12, an existing sensor mounted on the engine system can be used. As a result, the components and cost of the abnormality determination device 60 can be reduced.
  • the calculation unit 61 may calculate the heat release amount in the radiator 56 on the condition that the cooling water temperature Tw is equal to or higher than the valve opening temperature of the thermostat 55, and may calculate the estimated temperature Tc by taking the calculated value into consideration. .
  • the amount of heat released by the radiator is, for example, provided with a temperature sensor for detecting the temperature change amount of the cooling water in the radiator 56 for the cooling circuit 50, and the temperature change amount, the cooling water amount, and the heat capacity of the cooling water are It can be calculated based on this.
  • the calculation unit 61 may calculate the first heat transfer coefficient h cyl using the density of the exhaust gas in the exhaust manifold 15 instead of the working gas density ⁇ im. According to such a configuration, the accuracy of the first heat transfer coefficient h cyl is increased, and as a result, the accuracy of the estimated temperature Tc is increased.
  • the density of the exhaust gas can be obtained from the pressure and temperature in the exhaust manifold 15, for example.
  • the calculation unit 61 may calculate the EGR cooler endothermic amount q egr based on the difference between the EGR cooler outlet temperature T egrc and the detected value of the temperature sensor that detects the temperature of the EGR gas flowing into the EGR cooler 26.
  • the grace period DT may be a fixed time regardless of the intake air temperature Ta.
  • the determination unit 62 may set the value of the flag F2 to 1 when the cooling water temperature Tw becomes equal to or lower than the warm-up completion temperature T1 without setting the grace period DT.
  • the estimated temperature Tc is calculated with the equilibrium temperature Tc thm as the upper limit value.
  • the upper limit value of the estimated temperature Tc may be set to a temperature lower than the equilibrium temperature Tc thm .
  • the valve opening temperature of the thermostat 55 and the opening degree of the thermostat 55 are 50%. Also good.
  • the estimated temperature Tc can be calculated in accordance with the characteristics of the thermostat 55.
  • the value of the flag F1 is easily set to 0. As a result, the reliability with respect to the determination result is further increased.
  • the engine 10 may be a diesel engine, a gasoline engine, or a natural gas engine.
  • the warning lamp 65 may be a warning sound generator that emits a warning sound, for example.

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Abstract

　サーモスタットの異常判定装置は、冷却水温度センサーと、推定温度演算部と、判定部とを含む。冷却水温度センサーは、エンジンを冷却する冷却水の温度を検出する。推定温度演算部は、冷却水の温度の推定値である推定温度を演算する。判定部は、エンジンの暖機完了後にサーモスタットが開固着していることを判定する。該判定部は、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推定温度が高く、かつ、冷却水温度センサーの検出値である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。

Description

サーモスタットの異常判定装置
　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、冷却水温度センサーと、推定温度演算部と、判定部とを含む。前記冷却水温度センサーは、エンジンを冷却する冷却水の温度を検出する。前記推定温度演算部は、前記冷却水の温度の推定値である推定温度を演算する。前記判定部は、前記エンジンの暖機完了後にサーモスタットが開固着していることを判定する。該判定部は、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、を条件に前記サーモスタットが開固着していると判定する。
　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。
　好ましくは、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ている。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。
　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。
　好ましくは、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含む。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する。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。
　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。
　好ましくは、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装置を有している。前記ＥＧＲ装置は、前記ＥＧＲガスを前記冷却水で冷却するＥＧＲクーラーを有している。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及びエキゾーストマニホールド内の排気ガスの密度のうちの一方に基づく吸熱量であるシリンダー吸熱量を演算し、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クーラー吸熱量を演算し、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を演算し、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を演算する。前記推定温度演算部は、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演算する。前記推定温度演算部は、前記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。
　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。
　好ましくは、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。
　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。
本発明の一実施形態にかかるサーモスタットの異常判定装置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と吸気通路１６との間に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Ｔｅｇｒｃ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Ｔｃｔｈｍに制御される。この平衡温度Ｔｃｔｈｍ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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　［微小時間ｄｔにおけるシリンダー吸熱量ｑｃｙｌ］
　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。
　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Ｔｅｘｈ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Ｔｅｘｈ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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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ｈｃｙｌ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ｈｃｙｌ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ｈｃｙｌ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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　演算部６１は、式（５）に示すように、排気温度Ｔｅｘｈと推定温度の前回値Ｔｃｉ－１との温度差に対して、第１熱伝達係数ｈｃｙｌとシリンダー１２の表面積Ａｃｙｌ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ｑｃｙｌを演算する。シリンダー吸熱量ｑｃｙｌ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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　［微小時間ｄｔにおけるＥＧＲクーラー吸熱量ｑｅｇｒ］
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　［微小時間ｄｔにおけるエンジン吸熱量ｑｅｎｇ］
　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。
　［微小時間ｄｔにおけるブロック放熱量ｑｂｌｋ］
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　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Ｔｃｉ－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Ｔｃｔｈｍ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Ｔｃｉ－１が平衡温度Ｔｃｔｈｍ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Ｔｃｔｈｍに維持され、熱収支ｑが負であれば平衡温度Ｔｃｔｈｍ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ｑｂｌｋ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ｑｂｌｋ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Ｔｃｔｈｍ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Ｔｃｔｈｍ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、以下に列挙する利点が得られる。
　（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以下であることと、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だけ継続したこととを条件にサーモスタット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。
　（５）演算部６１は、平衡温度Ｔｃｔｈｍ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ｈｃｙｌ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ｈｃｙｌ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Ｔｅｇｒｃ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ｑｅｇｒ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Ｔｃｔｈｍ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Ｔｃｔｈｍ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Ｔｃｔｈｍ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。

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サーモスタットが開固着していることを判定する判定部であって、該判定部は、
    　　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、
    を条件に前記サーモスタットが開固着していると判定する前記判定部と、を備える
    　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およびエキゾーストマニホールド内の排気ガスの密度のうちの一方に基づく吸熱量であるシリンダー吸熱量を演算し、
    　　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クーラー吸熱量を演算し、
    　　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を演算し、
    　　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を演算し、
    　前記推定温度演算部は、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演算し、
    　前記推定温度演算部は、前記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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