説明

内燃機関とその温度センサの異常診断方法

【課題】冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを利用して、従来では必要であったソークタイマーを用いることなく、内燃機関に設けた温度センサの異常を診断することができる内燃機関とその温度センサの異常診断方法を提供する。
【解決手段】ECU10が、エンジン1の停止時の大気温度T_airと、冷却水温度センサ22が計測したエンジン1の停止時の冷却水の停止冷却水温度Tw1とから、エンジン1の停止中の冷却水の予想温度低下勾配Grを推定する手段11と、停止冷却水温度Tw1と、冷却水温度センサ22が計測したエンジン1の始動時の冷却水の始動冷却水温度Tw2と、予想温度低下勾配Grを用いて、エンジン1が十分にソークされたと判定する手段13と、エンジン1が十分にソークされたと判定されると、エンジン1の始動時の各温度センサAとBの温度差である診断用温度偏差値ΔTabの絶対値が異常判定値Vdよりも大きくなると温度センサAとBの異常を検知する手段14と、を備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを利用して、従来では必要であったソークタイマーを用いることなく、内燃機関に設けた温度センサの異常を診断することができる内燃機関とその温度センサの異常診断方法に関する。
【背景技術】
【0002】
現在のエンジン(内燃機関)では、エンジンコントロールユニットと呼ばれる制御装置(以下、ECUという)が、様々なセンサの測定値を用いて、燃料噴射制御や、アイドル回転数制御などを電気的に制御している。よって、このECUによるエンジンの制御には、各種センサが正常に機能することが条件であり、各種センサが故障した場合に即座に異常を検知する必要がある。
【0003】
そこで、エンジンに備える燃料温度センサ、冷却水温度センサ、又は吸気温度センサ(以下、IMTセンサという)などの各種温度センサの異常診断方法において、ECUにエンジンソーク時間タイマーを備え、そのエンジンソーク時間タイマーのカウントする時間によって、エンジンが十分にソークされたか否かを判断し、エンジンの再始動時に少なくとも2つの温度センサの温度差を比較することによって異常を診断する装置がある(例えば、特許文献1、又は特許文献2参照)。
【0004】
ここで、従来の温度センサの異常診断方法を、図7を参照しながら説明する。まず、ステップS1で、エンジンの停止信号を受信し、エンジンの停止を確認すると、ステップS2Xで、ECU内に設けたエンジンソーク時間タイマーがエンジンソーク時間のカウントを始める。次に、ステップS3Xで、エンジンソーク時間が一定時間経過したか否かを判断する。次に、ステップS4Xで、イグニッションキーがオンになったか否かを判断する。
【0005】
ステップS3XとステップS4Xで、エンジンが十分にソークされ、且つイグニッションキーがオンになったと判断されると、次に、ステップS5で、温度センサAのエンジン始動時の温度Taと温度センサBのエンジン始動時の温度Tbとから、診断用温度偏差値ΔTを算出する。次に、ステップS6で、診断用温度偏差値ΔTが予め定めた異常判定値Vdよりも大きいか否かを判断する。
【0006】
ステップS6で診断用温度偏差値ΔTが異常判定値Vdよりも大きい場合は、ステップS7で、温度センサA、又は温度センサBのどちらかを異常と判定する。一方、診断用温度偏差値ΔTが異常判定値Vd以下の場合は、ステップS8で、温度センサA、及び温度センサBを正常と判定する。
【0007】
上記の温度センサの異常診断方法は、エンジンの再始動時の温度センサAと温度センサBとの差分から異常を判定しているため、エンジンが十分にソークされているか否かを判定する必要がある。よって、従来の装置では、エンジンソーク時間タイマーが必要であり、そのため、エンジンの制御システムが高価になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2010−025024号公報
【特許文献2】特表2011−506912号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、各種温度センサの異常を診断する際に、エンジンソーク時間タイマーを必要とせずにエンジンのソーク時間を判断することができ、エンジンの制御システムを安価にすることができる内燃機関とその温度センサの異常診断方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を解決するための本発明の内燃機関は、冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを備える共に、該冷却水温度センサと少なくとも1つの温度計測用センサの中から少なくとも2つの診断用温度センサを選択して、該診断用温度センサの異常を診断する制御装置を備えた内燃機関において、前記制御装置が、内燃機関停止時の大気温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関停止時の冷却水の停止冷却水温度とから、内燃機関停止中の冷却水の予想温度低下勾配を推定する手段と、前記停止冷却水温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関始動時の冷却水の始動冷却水温度と、前記予想温度低下勾配を用いて、内燃機関が十分にソークされたと判定する手段と、前記内燃機関が十分にソークされたと判定されると、内燃機関始動時の各前記診断用温度センサの温度差である診断用温度偏差値を算出し、該診断用温度偏差値の絶対値が予め定めた異常判定値よりも大きくなると前記診断用温度センサの異常を検知する手段と、を備えて構成される。
【0011】
この構成によれば、従来内燃機関に設けられている冷却水温度センサを使用して、内燃機関のソーク時間を推定し、十分にソークされたか否かを判定することができるので、制御装置にソーク時間タイマーを設ける必要がなく、より安価なシステムにより温度センサの異常診断を行うことができる。
【0012】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記予想温度低下勾配から、内燃機関が十分ソークしてから始動すると仮定したときの仮始動冷却水温度を算出し、前記停止冷却水温度と該仮始動冷却水温度との差であるソーク判定値を算出する手段と、前記停止冷却水温度と前記始動冷却水温度とから求まる判定用温度偏差値が、前記ソーク判定値よりも大きい場合に、内燃機関が十分にソークされたと判定する手段と、を備える。
【0013】
この構成によれば、内燃機関の停止中に、冷却水の温度が徐々に大気温度に収束する際に描く温度低下勾配を用いることで、内燃機関のソーク時間を推定することができ、内燃機関が十分にソークされたか否かを判定することができる。これにより、エンジンソークタイマーを設ける必要がなくなり、より安価な制御システムを提供することができる。
【0014】
上記の問題を解決するための内燃機関の温度センサの異常診断方法は、冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを備える共に、該冷却水温度センサと少なくとも1つの温度計測用センサの中から少なくとも2つの診断用温度センサを選択して、該診断用温度センサの異常を診断する制御装置を備えた内燃機関の温度センサの異常診断方法において、内燃機関停止時の大気温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関停止時の冷却水の停止冷却水温度とから、内燃機関停止中の冷却水の予想温度低下勾配を推定する工程と、前記停止冷却水温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関始動時の冷却水の始動冷却水温度と、前記予想温度低下勾配を用いて、内燃機関が十分にソークされたと判定する工程と、前記内燃機関が十分にソークされたと判定されると、内燃機関始動時の各前記診断用温度センサの温度差である診断用温度偏差値を算出し、該診断用温度偏差値の絶対値が予め定めた異常判定値よりも大きくなると前記診断用温度センサの異常を検知する工程と、を含むことを特徴とする方法である。
【0015】
また、上記の内燃機関の温度センサの異常診断方法において、前記予想温度低下勾配か
ら、内燃機関が十分ソークしてから始動すると仮定したときの仮始動冷却水温度を算出し、前記停止冷却水温度と該仮始動冷却水温度との差であるソーク判定値を算出する工程と、前記停止冷却水温度と前記始動冷却水温度とから求まる判定用温度偏差値が、前記ソーク判定値よりも大きい場合に、内燃機関が十分にソークされたと判定する工程と、を含む。
【0016】
上記の方法によれば、従来の内燃機関に設けているセンサにより検知できる値のみを用いて、温度センサの異常を診断することができるので、新たなデバイスを付ける必要がなく、幅広い種類の内燃機関に適用することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、各種温度センサの異常を診断する際に、エンジンソーク時間タイマーを必要とせずにエンジンのソーク時間を判断することができ、エンジンの制御システムを安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明に係る実施の形態の内燃機関を示した図である。
【図2】本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御を示した概略図である。
【図3】本発明に係る実施の形態の内燃機関の冷却水の温度低下を示した表である。
【図4】本発明に係る実施の形態の内燃機関が算出する予想温度低下勾配を示した表である。
【図5】本発明に係る実施の形態の内燃機関の温度センサの異常診断方法を示したフローチャートである。
【図6】図5のソーク時間判定方法を示したフローチャートである。
【図7】従来の内燃機関の温度センサの異常診断方法を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関とその温度センサの異常診断方法について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では、直列4気筒のディーゼルエンジンを例に説明するが、本発明はこれに限定せずに冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを設ける内燃機関であれば、本発明を適用することができる。
【0020】
まず、本発明に係る実施の形態の内燃機関を、図1及び図2を参照しながら説明する。エンジン(内燃機関)1は、燃料システム2、燃料供給システム3、吸気システム4、排気システム5、冷却システム6、操作システム7、及び報知装置8を備える。燃料システム2は、シリンダブロック2aとピストン(図示しない)などからなる。燃料吸気システム3は、燃料タンク3aと燃料ポンプ3bとコモンレール3cとインジェクタ3dなどからなる。吸気システム4は、吸気フィルタ4aとインタークーラー4bと吸気スロットル4cなどからなる。排気システム5は、EGRクーラー5aとEGR弁5bとターボチャージャー5cとDPF(ディーゼル微粒子捕集フィルタ)5dとSCR装置(選択的触媒還元装置)5eなどからなる。冷却システム6は、ラジエータ6aとウォータジャケット6bとウォータポンプ6cなどからなる。操作システム7は、イグニッションキー7aとアクセルセンサを含むアクセル部7bなどからなる。報知装置8を、点灯ランプ、又は報知スピーカなどで形成する。
【0021】
また、このエンジン1は、インジェクタ3d、及び吸気スロットル4cなどの制御を行うエンジンコントロールユニットと呼ばれるECU(制御装置)10を備えると共に、そのECU10に計測値を送る燃料温度センサ21、冷却水温度センサ22、吸気温度センサ23、大気温度センサ24、EGR温度センサ25、及び排気温度センサ26を備える

【0022】
上記のエンジン1は、周知の技術のエンジンを用いることができ、その構成は上記の構成に限定しない。また、エンジン1に設けられた各種温度センサ21〜26もそれぞれ、周知の技術のセンサを用いることができ、加えて上記以外のセンサを設けることもできる。
【0023】
ECU10は、この実施の形態では各温度センサ21〜26の測定値と、操作システム7の操作信号を基に、燃料供給システム3、吸気システム4、排気システム5、及び冷却システム6を制御し、また、報知装置8も制御している。
【0024】
このECU10は、図2に示すように、温度低下勾配推定手段11、ソーク時間判定値算出手段、ソーク時間判定手段13、及び異常診断手段14を備え、また、異常判定値Vdを記憶している。これの各手段11〜14をプログラムとして、記憶して、エンジン1が停止してから、再始動する際に順次実行する。
【0025】
なお、この実施の形態では、図2に示すように、異常を診断する温度センサAを燃料温度センサ21、及び温度センサBをIMTセンサ23とするが、各種温度センサ21〜26、若しくはそれ以外の温度計測センサの中から少なくとも2つを選べばよく、上記の構成に限定しない。例えば、温度センサAを冷却水温度センサ22、温度センサBを大気温度センサ24としてもよい。
【0026】
冷却水温度センサ22は、特にディーゼルエンジンでは、燃料噴射制御、EGR制御、及びブースト制御など殆どの制御に使用されているため、必ず装着されており、エンジン1の停止時の冷却水の温度である停止冷却水温度Tw1と、エンジン1の始動時の冷却水の温度である始動冷却水温度Tw2とを計測して、ECU10へと送っている。燃料温度センサ21はエンジン1の始動時の燃料の温度である始動燃料温度Taを計測し、IMTセンサ23は、エンジン1の始動時の吸入空気の温度である始動吸気温度Tbを計測する。大気温度センサ24は、エンジン1の停止時の大気の温度である停止大気温度T_airを計測する。
【0027】
以下、ECU10の各手段11〜14について、説明する。温度低下勾配推定手段11は、停止冷却水温度Tw1と大気温度T_airとを用いて、停止中の冷却水の予想温度低下勾配Grを推定する手段である。
【0028】
車両が運転されると、エンジン冷却水の温度は、エンジン1からの受熱により上昇する。車両の暖気後には、図3に示すように、サーモスタット(図示せず)の開弁温度付近の温度を示す。しかし、エンジン1が停止されるとその温度は、車両が停止されている時間により徐々に大気温度に収束する。この燃料の温度が大気温度に時間の経過と共に収束することを利用して、エンジン1のソーク時間を判定する。
【0029】
よって、温度低下勾配推定手段11は、図4に示すように、停止冷却水温度Tw1が停止時の大気温度T_airに収束すると仮定したときの予想温度低下勾配Grを導く手段であり、予め実験などにより算出した、様々な大気温度に対応する冷却水の温度低下勾配のマップを用いる方法、又は冷却水の性状などから大気温度T_airへ温度が収束する様子をシミュレーションする方法などを用いる。この温度低下勾配推定手段11は、燃料が停止冷却水温度Tw1から停止大気温度T_airへ徐々に収束する予想温度低下勾配Grを推定することができれば、その方法は限定しない。
【0030】
ソーク判定値算出手段12は、予想温度低下勾配Grを用いて、十分にエンジン1がソ
ークされたと判断することができるソーク時間Tsを算出し、そのソーク時間Tsにエンジン1が始動したと仮定したときの仮始動冷却水温度Tw2’を算出し、停止冷却水温度Tw1と仮始動冷却水温度Tw2’との差分の値であるソーク判定値Vjを算出する手段である。このソーク判定値算出手段12で算出されるソーク時間Tsは、冷却水の温度が、予想温度低下勾配Grにおいて、少なくとも停止大気温度T_airから約0度〜10度高い温度まで低下するまでの時間を示す。
【0031】
ソーク時間判定手段13は、冷却水温度センサ22が計測した停止冷却水温度Tw1と、始動冷却水温度Tw2との差分の値である判定用温度偏差値ΔTwを算出し、判定用温度偏差値ΔTwとソーク判定値Vjとを比較する手段である。このソーク時間判定手段13で、判定用温度偏差値ΔTwがソーク判定値Vjよりも大きい場合に、エンジン1が十分にソークされたと判定し、判定用温度偏差値ΔTwがソーク判定値Vj以下の場合に、エンジン1が十分にソークされていないと判定する。
【0032】
異常診断手段14は、予めECU10に記憶していた異常判定値Vdを呼び出し、また、燃料温センサ21のエンジン1の始動時の始動燃料温度Taと、IMTセンサ23のエンジン1の始動時の始動吸気温度Tbとの偏差値である診断用温度偏差値ΔTabを算出する。そして、診断用温度偏差値ΔTabの絶対値と異常判定値Vdとを比較し、診断用温度偏差値ΔTabの絶対値が異常判定値Vdよりも大きい場合に、燃料温度センサ21とIMTセンサ23の少なくともどちらか一方が故障していると判断し、診断用温度偏差値ΔTabの絶対値が異常判定値Vd以下の場合に、燃料温度センサ21とIMTセンサ23とが正常と判断する。
【0033】
次に、本発明の実施の形態の内燃機関の温度センサの異常診断方法について、図5、及び図6を参照しながら説明する。この温度センサの異常診断方法は、前述の図7で示す方法のステップS2X〜S4Xまでを、図5に示すように、エンジン1が十分にソークされたか否かを判断するステップS10に代えた方法である。よって、ここではそのステップS10について説明する。
【0034】
図6に示すように、ステップS10では、まず、ステップS11で、冷却水温度センサ22がエンジン1の停止時の停止冷却水温度Tw1を計測する。次に、ステップS12で、停止冷却水温度Tw1と停止大気温度T_airとから、予想温度低下勾配Grを推定する。
【0035】
次に、ステップS13で、予想温度低下勾配Grからエンジン1が十分にソークされたとするソーク時間Tsを算出し、そのソーク時間Tsにエンジン1を始動すると、仮定したときの仮始動冷却水温度Tw2’を算出する。
【0036】
次に、ステップS14で、イグニッションキー7aがオンになったか否かを判断して、イグニッションキー7aがオンになった場合に、ステップS15で、冷却水温度センサ22がエンジン1の始動時の始動冷却水温度Tw2を計測する。
【0037】
次に、ステップS16で、停止冷却水温度Tw1と仮始動冷却水温度Tw2’とからソーク判定値Vjを算出する。このソーク判定値Vjは停止冷却水温度Tw1と仮始動冷却水温度Tw2’との差分の値である。次に、ステップS17で、停止冷却水温度Tw1と始動冷却水温度Tw2とから判定用温度偏差値ΔTwを算出する。この判定用温度偏差値ΔTwは、停止冷却水温度Tw1と始動冷却水温度Tw2との差分の値である。
【0038】
次に、ステップS18で、判定用温度偏差値ΔTwがソーク判定値Vjよりも大きいか否かを判断する。このステップS18で、判定用温度偏差値ΔTwがソーク判定値Vj以
下の場合は、ステップS19aで、エンジン1が十分にソークされていないと判断され、図5に示す、ステップS10の結果がNoとなり、温度センサの異常診断方法を行わずに完了する。
【0039】
一方、ステップS18で、判定用温度偏差値ΔTwがソーク判定値Vjよりも大きい場合は、ステップS19bで、エンジン1が十分にソークされたと判断され、図5に示す、ステップS10の結果がYesとなり、ステップS5へと進み温度センサAと温度センサBを用いて、温度センサA及びBの異常診断を行って、完了する。
【0040】
この温度センサの異常診断方法によれば、冷却水が徐々に大気温度へと収束する際に描く温度低下勾配を利用することにより、ソーク時間タイマーを必要としない、エンジン1のソーク時間を判定して、温度センサの異常を診断することができる。これにより、ソーク時間タイマーを設ける必要がなくなるため、より安価なシステムを提供することができる。
【0041】
また、通常のエンジンであれば備えている冷却水温度センサ22を利用しているので、既存のエンジンにも特別な装置を追加しなくても、温度センサの異常を診断することができる。
【0042】
上記の温度センサの異常診断方法は、冷却水の温度低下勾配を利用して、エンジン1が十分にソークされたか否かを判定することができればよく、ステップを入れ替えてもよい。例えば、ステップS1の後に、ステップS11を行い、次にステップS14が行われてから、ステップS12からを行ってもよい。
【0043】
また、上記の温度センサの異常診断方法で用いているエンジン1のソーク時間を判定するステップは、温度センサの異常診断方法に限定せず、例えば、エンジン1に暖気が必要であるか否かを判断する方法や、インジェクタ2dの燃料噴射量を制御する方法にも利用することができる。
【産業上の利用可能性】
【0044】
本発明の内燃機関は、各種温度センサの異常を診断する際に、エンジンソーク時間タイマーを必要とせずにエンジンのソーク時間を判断することができるので、エンジンの制御システムを容易化し、また、エンジンの制御システムを安価にすることができるので、特に温度センサを用いて電子制御されているエンジンを搭載した車両に利用することができる。
【符号の説明】
【0045】
1 エンジン(内燃機関)
2 燃焼システム
3 燃料供給システム
4 吸気システム
5 排気システム
6 冷却システム
7 操作システム
8 報知装置
10 ECU(制御装置)
21 燃料温度センサ
22 冷却水温度センサ
23 IMTセンサ(吸気温度センサ)
24 EGRセンサ
25 排気温度センサ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを備える共に、該冷却水温度センサと少なくとも1つの温度計測用センサの中から少なくとも2つの診断用温度センサを選択して、該診断用温度センサの異常を診断する制御装置を備えた内燃機関において、
前記制御装置が、内燃機関停止時の大気温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関停止時の燃料の停止冷却水温度とから、内燃機関停止中の冷却水の予想温度低下勾配を推定する手段と、
前記停止冷却水温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関始動時の冷却水の始動冷却水温度と、前記予想温度低下勾配を用いて、内燃機関が十分にソークされたと判定する手段と、
前記内燃機関が十分にソークされたと判定されると、内燃機関始動時の各前記診断用温度センサの温度差である診断用温度偏差値を算出し、該診断用温度偏差値の絶対値が予め定めた異常判定値よりも大きくなると前記診断用温度センサの異常を検知する手段と、を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項2】
前記制御装置が、前記予想温度低下勾配から、内燃機関が十分ソークしてから始動すると仮定したときの仮始動冷却水温度を算出し、前記停止冷却水温度と該仮始動冷却水温度との差であるソーク判定値を算出する手段と、
前記停止冷却水温度と前記始動冷却水温度とから求まる判定用温度偏差値が、前記ソーク判定値よりも大きい場合に、内燃機関が十分にソークされたと判定する手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
【請求項3】
冷却水の温度を計測する冷却水温度センサを備える共に、該冷却水温度センサと少なくとも1つの温度計測用センサの中から少なくとも2つの診断用温度センサを選択して、該診断用温度センサの異常を診断する制御装置を備えた内燃機関の温度センサの異常診断方法において、
内燃機関停止時の大気温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関停止時の冷却水の停止冷却水温度とから、内燃機関停止中の冷却水の予想温度低下勾配を推定する工程と、
前記停止冷却水温度と、前記冷却水温度センサが計測した内燃機関始動時の冷却水の始動冷却水温度と、前記予想温度低下勾配を用いて、内燃機関が十分にソークされたと判定する工程と、
前記内燃機関が十分にソークされたと判定されると、内燃機関始動時の各前記診断用温度センサの温度差である診断用温度偏差値を算出し、該診断用温度偏差値の絶対値が予め定めた異常判定値よりも大きくなると前記診断用温度センサの異常を検知する工程と、を含むことを特徴とする内燃機関の温度センサの異常診断方法。
【請求項4】
前記予想温度低下勾配から、内燃機関が十分ソークしてから始動すると仮定したときの仮始動冷却水温度を算出し、前記停止冷却水温度と該仮始動冷却水温度との差であるソーク判定値を算出する工程と、
前記停止冷却水温度と前記始動冷却水温度とから求まる判定用温度偏差値が、前記ソーク判定値よりも大きい場合に、内燃機関が十分にソークされたと判定する工程と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の温度センサの異常診断方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2013−108405(P2013−108405A)
【公開日】平成25年6月6日(2013.6.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−253054(P2011−253054)
【出願日】平成23年11月18日(2011.11.18)
【出願人】(000000170)いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Fターム(参考)】