本发明涉及对冷却水温度传感器有无异常进行判定的冷却水温度传感器的异常判定装置，所述冷却水温度传感器对在发动机的冷却回路中流动的冷却水的温度进行检测。
背景技术：
在冷却发动机的冷却水流动的冷却回路中配设有对冷却水的温度进行检测的冷却水温度传感器。作为对这样的冷却水温度传感器有无异常进行判定的异常判定装置的例子，例如专利文献1公开的异常判定装置构成为：通过对配设于冷却回路中的两个冷却水温度传感器的检测值进行比较，从而对冷却水温度传感器有无异常进行判定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2012-102687号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
但是，专利文献1记载的异常判定装置例如在一方的冷却水温度传感器的检测值以暖机完成温度固定的状态下发动机从暖机完成状态开始重新启动时，因为两个传感器的检测值的偏离小，所以会进行正常判定。因此，使用两个冷却水温度传感器的异常判定装置被要求提高针对该判定结果的可靠度。
本发明的目的在于，提供一种提高了关于冷却水温度传感器有无异常的判定结果的可靠性的冷却水温度传感器的异常判定装置。
用于解决技术问题的技术方案
解决上述技术问题的冷却水温度传感器的异常判定装置具备：估计温度运算部，其构成为，运算估计温度，所述估计温度是冷却发动机的冷却水的温度的估计值；以及判定部，其构成为，基于构成为检测所述冷却水的温度的两个冷却水温度传感器的检测值和所述估计温度对所述两个冷却水温度传感器有无异常进行判定。所述判定部构成为，具有在将当前的所述估计温度设定为基准温度后所述估计温度从所述基准温度仅变化了判定温度的情况作为判定许可条件，在所述判定许可条件成立时的所述两个冷却水温度传感器的检测值的偏离小于所述判定温度以下的正常温度的情况下，判定为所述两个冷却水温度传感器正常。
附图说明
图1是表示搭载有冷却水温度传感器的异常判定装置的一实施方式的发动机系统的概略构成的图。
图2是表示图1的发动机系统的冷却回路的回路构成的示意图，(a)是表示恒温器处于关闭状态时的冷却水的流动的图，(b)是表示恒温器处于打开状态时的冷却水的流动的图。
图3是表示图1的冷却水温度传感器的异常判定装置的一实施方式的功能框图。
图4是表示由图3的异常判定装置执行的异常判定处理的步骤的一例的流程图。
图5是表示由图3的异常判定装置执行的正常判定处理的步骤的一例的流程图。
图6是表示由图3的异常判定装置估计的估计温度的推移和图5所示的正常判定处理的关系的时序图。
具体实施方式
参照图1～图6对将冷却水温度传感器的异常判定装置具体化的一实施方式进行说明。首先，参照图1对搭载有冷却水温度传感器的异常判定装置的发动机系统的整体构成进行说明。
[发动机系统的概要]
如图1所示，发动机系统具备水冷式的发动机10。汽缸组(cylinderblock)11形成有多个汽缸(cylinder)12。从喷射器13向各汽缸12喷射燃料。在汽缸组11上连接有：向各汽缸12供给吸入空气的进气歧管14；以及来自各汽缸12的排放气体流入的排气歧管15。此外，将由汽缸组11和未图示的汽缸盖构成的部件称为发动机组(engineblock)。
在与进气歧管14连接的进气通路16上，从上游侧开始依次设置有未图示的空气滤清器、作为涡轮增压器17的构成要素的压缩机18、中间冷却器19。在与排气歧管15连接的排气通路20上设置有作为涡轮增压器17的构成要素的涡轮22。
发动机系统具备egr装置23。egr装置23具备将排气歧管15和进气通路16连接的egr通路25。在egr通路25上设置有水冷式的egr冷却器26，并且在比egr冷却器26靠近进气通路16的位置设置有egr阀27。在egr阀27处于打开状态时，排放气体的一部分作为egr气体被导入到进气通路16，对汽缸12供给工作气体，工作气体是排放气体和吸入空气的混合气体。
发动机系统具备各种传感器。吸入空气量传感器31及进气温度传感器32位于进气通路16中的压缩机18的上游。吸入空气量传感器31对吸入空气量ga进行检测，吸入空气量ga是流入到压缩机18的吸入空气的质量流量。进气温度传感器32作为大气温度传感器发挥作用，检测出吸入空气的温度、即进气温度ta作为大气温度。egr温度传感器34位于egr通路25中的egr冷却器26与egr阀27之间，对egr冷却器出口温度tegrc进行检测，egr冷却器出口温度tegrc是流入到egr阀27的egr气体的温度。增压压力传感器36位于egr通路25和进气通路16的连接部分与进气歧管14之间，对作为工作气体的压力的增压压力pb进行检测。工作气体温度传感器37安装于进气歧管14，对工作气体温度tim进行检测，工作气体温度tim是流入到汽缸12的工作气体的温度。发动机转速传感器38对作为曲轴30的转速的发动机转速ne进行检测。
[冷却回路]
参照图2对发动机系统的冷却回路的概要进行说明。
如图2(a)及图2(b)所示，冷却回路50具备：第一冷却回路51，其具备将发动机10作为动力源压送冷却水的泵53；以及第二冷却回路52，其与第一冷却回路51中的泵53的上游和下游连接。冷却回路50在第一冷却回路51和第二冷却回路52的连接部分具备恒温器55。
第一冷却回路51是包括形成于发动机10、egr冷却器26的冷却水通路、并利用泵53使冷却水循环的回路。第二冷却回路52是具有将冷却水冷却的散热器56的回路。恒温器55在冷却水的温度为开阀温度以上时开阀，许可冷却水流入散热器56。开阀温度是发动机10的暖机完成的暖机完成温度t1以上的温度。
恒温器55以使散热器56的散热量和各种吸热量成为平衡状态的方式进行工作。因此，在恒温器55处于开阀状态时，冷却水被控制成平衡温度tcthm。该平衡温度tcthm基于预先进行的使用实机的实验的结果来设定。另外，冷却回路50具备冷却水温度检测部44，冷却水温度检测部44对已通过恒温器55的冷却水的温度进行检测。该冷却水温度检测部44具备：第一冷却水温度传感器44a，其对作为冷却水的温度的第一冷却水温度tw1进行检测；以及第二冷却水温度传感器44b，其对作为该冷却水的温度的第二冷却水温度tw2进行检测(参照图3)。冷却水温度tw1、tw2是在冷却水温度传感器44a、44b正常的情况下大致相等的值。
[冷却水温度传感器的异常判定装置]
参照图3～图6对判定冷却水温度传感器有无异常的冷却水温度传感器的异常判定装置(以下仅称为异常判定装置。)进行说明。
如图3所示，异常判定装置60以微型计算机为核心构成，能通过例如电路(circuitry)、即如asic的一个以上专用的硬件电路、按照计算机程序(软件)工作的一个以上处理电路、或者两者的组合来实现。处理电路具有cpu和存储有由cpu执行的程序等的存储器63(rom及ram等)。存储器63即计算机可读介质包括能由通用或者专用的计算机存取的所有的能利用的介质。异常判定装置60除了被输入来自各传感器的信号之外，还被输入来自燃料喷射控制部42的表示作为燃料的质量流量的燃料喷射量gf的信号、以及来自车速传感器45的表示车速v的信号等。异常判定装置60基于存储于存储器63的各种程序及发动机吸热量映射63c等各种数据，对冷却水温度传感器44a、44b有无异常进行判定。异常判定装置60在判定部62判定为冷却水温度传感器44a、44b发生异常的情况下，使mil65(malfunctionindicationlamp：故障指示灯)点亮，通知驾驶员发动机系统异常。
异常判定装置60具备：估计温度运算部61(以下仅称为运算部61。)，其每隔规定的控制周期(微小时间dt)对作为冷却水温度tw1、tw2的估计值的估计温度tc进行运算；以及判定部62，其基于估计温度tc和冷却水温度tw1、tw2对冷却水温度传感器44a、44b有无异常进行判定。
[估计温度运算部61]
运算部61通过基于来自各种传感器的信号进行下述式(1)的运算，从而将冷却水的平衡温度tcthm作为上限值运算估计温度tc。运算部61将发动机10启动时的第一冷却水温度tw1设定为估计温度tc的初始值。在式(1)中，tci-1是估计温度tc的前次值，dq/dt是下述式(2)的运算结果，且是微小时间dt内的与冷却水有关的热量平衡q，c是冷却水的热容量和发动机组的热容量的相加值。在式(2)中，汽缸吸热量qcyl是从燃烧气体到汽缸12的内壁的传热量，egr冷却器吸热量qegr是egr冷却器26中的冷却水的吸热量。发动机吸热量qeng是例如由汽缸12的内壁和活塞的摩擦、汽缸12内的工作气体的绝热压缩等引起的吸热量。机组散热量qblk是从发动机组到大气的散热量。以下对运算部61进行的各种运算进行说明。
【数学式1】
[微小时间dt内的汽缸吸热量qcyl]
当进行汽缸吸热量qcyl的运算时，运算部61对作为供给到汽缸12的工作气体的质量流量的工作气体量gwg、及作为该工作气体的密度的工作气体密度ρim进行运算。运算部61通过使用增压压力pb、发动机转速ne、发动机10的排气量d、工作气体温度tim进行基于状态方程式p×v＝gwg×r×t的规定的运算，从而运算工作气体量gwg及工作气体密度ρim。
另外，运算部61对排气温度texh进行运算，排气温度texh是排气歧管15内的排放气体的温度。如式(3)所示，运算部61对燃料喷射量gf/工作气体量gwg的混合气基于发动机转速ne燃烧时的温度上升值进行运算，在该温度上升值上相加工作气体温度tim，从而运算出排气温度texh。运算部61由存储于存储器63的温度上升映射63a运算温度上升值。温度上升映射63a是基于预先进行的使用实机的实验、模拟的结果按发动机转速ne及燃料喷射量gf/工作气体量gwg规定温度上升值的映射。
【数学式2】
另外，如式(4)所示，运算部61基于发动机转速ne、燃料喷射量gf、工作气体密度ρim运算第一热传递系数hcyl，第一热传递系数hcyl表示燃烧气体热相对于汽缸12的内壁的易传热性。运算部61由存储于存储器63的第一系数映射63b运算第一热传递系数hcyl。第一系数映射63b是基于预先进行的使用实机的实验、模拟的结果按发动机转速ne、燃料喷射量gf以及工作气体密度ρim规定第一热传递系数hcyl的映射。此外，在式(4)中，发动机转速ne是活塞的平均速度，燃料喷射量gf是燃料的喷射压力，工作气体密度ρim是与来自汽缸12的排放气体的排出速度有关的参数。
【数学式3】
hcyl＝f(ne，gf，ρim)…(4)
如式(5)所示，运算部61通过使排气温度texh和估计温度的前次值tci-1的温度差乘以第一热传递系数hcyl和汽缸12的表面积acyl，从而运算微小时间dt内的汽缸吸热量qcyl。汽缸吸热量qcyl是燃烧气体与汽缸12的内壁之间的热交换量。此外，汽缸12的表面积是将汽缸12的孔径作为直径、将活塞的冲程量作为高度的圆柱的表面积。
【数学式4】
[微小时间dt内的egr冷却器吸热量qegr]
当进行egr冷却器吸热量qegr的运算时，运算部61运算出吸入空气量ga相对于工作气体量gwg的相减值作为egr量gegr。如式(6)所示，运算部61通过针对排气温度texh和egr冷却器出口温度tegrc的温度差乘以egr量gegr及排放气体的定容比热cv，从而运算出微小时间dt内的egr冷却器吸热量qegr。
【数学式5】
[微小时间dt内的发动机吸热量qeng]
如式(7)所示，运算部61对将发动机转速ne作为参数的发动机吸热量qeng进行运算。运算部61由存储于存储器63的发动机吸热量映射63c运算微小时间dt内的发动机吸热量qeng。发动机吸热量映射63c是基于预先进行的使用实机的实验、模拟的结果按发动机转速ne规定微小时间dt内的发动机吸热量qeng的映射。
【数学式6】
[微小时间dt内的机组散热量qblk]
当进行机组散热量qblk的运算时，如式(8)所示，运算部61基于车速v运算第二热传递系数hblk，第二热传递系数hblk表示发动机组与大气之间的易传热性。运算部61由存储于存储器63的第二系数映射63d运算第二热传递系数hblk。第二系数映射63d是基于预先进行的使用实机的实验、模拟的结果按车速v规定第二热传递系数hblk的映射。如式(9)所示，运算部61通过使估计温度tc的前次值tci-1和进气温度ta的温度差乘以发动机组的表面积ablk和第二热传递系数hblk，从而运算微小时间dt内的机组散热量qblk。发动机组的表面积ablk是从发动机组的整个表面去除相对于前进方向的背面侧的表面所得的部分的面积、即行驶风直接吹到的正面部分和行驶风朝向前进方向的相反方向在表面上流动的侧面部分的总面积。
【数学式7】
hblk＝f(v)…(8)
运算出上述各种热量的运算部61通过按照上述(1)将热量平衡q除以热容量c所得的值作为温度变化量并与前次值tci-1相加，从而运算估计温度tc。也如式(1)所示，运算部61将冷却水的平衡温度tcthm作为上限值运算估计温度tc。因此，例如在前次值tci-1是平衡温度tcthm的情况下，如果热量平衡q为正，则估计温度tc维持为平衡温度tcthm，如果热量平衡q为负，则估计温度tc低于平衡温度tcthm。此外，热量平衡q在发动机10处于通常的运转状态时取正值，例如在寒冷地方的怠速状态、下坡中的低负荷低速旋转状态下取负值。以下将热量平衡q成为负值的状态称为散热状态。
[判定部62]
判定部62基于作为运算部61的运算结果的估计温度tc、冷却水温度tw1、tw2、以及存储于存储器63的判定数据63e对冷却水温度传感器44a、44b有无异常进行判定。判定部62使对冷却水温度传感器44a、44b发生异常进行判定的异常判定处理和对冷却水温度传感器44a、44b为正常进行判定的正常判定处理并行地执行。
[异常判定处理]
如图4所示，在异常判定处理中，判定部62取得冷却水温度tw1、tw2，对该偏离δtw(＝|tw1-tw2|)是否为正常温度δtn以上进行判断(步骤s101)。正常温度δtn是在判定数据63e中规定的值，设定为后述的判定温度tj以下的例如“15℃”。即，作为正常温度δtn的值(温度幅度)设定成被规定为判定温度δtj的值(变化量)以下的值。在偏离δtw为正常温度δtn以上的情况下(步骤s101：是)，判定部62判定为冷却水温度传感器44a、44b发生异常(步骤s102)，结束异常判定处理。另一方面，在偏离δtw小于正常温度δtn的情况下(步骤s101：否)，判定部62再次取得冷却水温度tw1、tw2，对该偏离δtw是否为正常温度δtn以上进行判断。
[正常判定处理]
参照图5对判定部62执行的正常判定处理进行说明。此外，正常判定处理反复执行直至在异常判定处理中进行异常判定。另外，还与正常判定处理并行地进行基于运算部61的估计温度tc的运算。
如图5所示，判定部62在步骤s201中将当前的估计温度tc设定为基准温度ts。在发动机10启动时，对该基准温度ts设定作为第一冷却水温度传感器44a的检测值的第一冷却水温度tw1。接着，判定部62基于估计温度tc和基准温度ts的差，对估计温度tc是否变化了判定温度δtj以上进行判断(步骤s202)。判定温度δtj是在判定数据63e中规定的值，设定为大于正常温度δtn的例如“20℃”。
在估计温度tc的变化量为判定温度δtj以上的情况下(步骤s202：是)，判定部62认为判定许可条件成立，取得冷却水温度tw1、tw2，对该偏离δtw是否小于正常温度δtn进行判断(步骤s203)。
判定部62在偏离δtw小于正常温度δtn的情况下(步骤s203：是)，判定为冷却水温度传感器44a、44b正常(步骤s204)，暂时结束正常判定处理。另一方面，在偏离δtw为正常温度δtn以上的情况下(步骤s203：否)，判定部62结束正常判定处理。此时，判定部62在与正常判定处理并行进行的异常判定处理中判定为冷却水温度传感器44a、44b发生异常。
在估计温度tc的变化量小于判定温度δtj的情况下(步骤s202：否)，判定部62对从基准温度ts设定开始是否经过了规定时间进行判断(步骤s205)。在没有经过规定时间的情况下(步骤s205：否)，判定部62在步骤s202中再次对估计温度tc的变化量是否为判定温度δtj以上进行判断。另一方面，在经过了规定时间的情况下(步骤s205：是)，判定部62通过将此时的估计温度tc再次设定为基准温度ts，从而将基准温度ts更新(步骤s206)，然后在步骤s202中再次对估计温度tc的变化量是否为判定温度δtj以上进行判断。
[作用]
参照图6，以从发动机10冷启动开始持续冷却水温度传感器正常的状态的情况为例对上述的异常判定装置60的作用进行说明。此外，在图6中，“tw”表示实际的冷却水温度。
如图6所示，当在时刻t1发动机10启动时，开始第一次正常判定处理。在第一次正常判定处理中，作为第一冷却水温度传感器44a的检测值的第一冷却水温度tw1设定为估计温度tc的初始值tc1及基准温度ts。然后，当在估计温度tc从基准温度ts开始仅变化判定温度δtj的时刻t2判定许可条件成立时，则冷却水温度tw1、tw2的偏离δtw小于正常温度δtn，所以在已进行正常判定的基础上结束第一次正常判定处理。
在时刻t2，开始第二次的正常判定处理。在第二次的正常判定处理中，时刻t2的估计温度tc2设定为基准温度ts。然后，当在估计温度tc仅变化判定温度δtj的时刻t3判定许可条件成立时，在已进行正常判定的基础上结束第二次的正常判定处理。
在时刻t3，开始第三次的正常判定处理。在第三次的正常判定处理中，虽然时刻t3的估计温度tc3设定为基准温度ts，但是估计温度tc维持为冷却水的平衡温度tcthm，在从时刻t3开始仅经过规定时间的时刻t4为止估计温度tc的变化不会达到判定温度δtj。因此，在时刻t4，基准温度ts更新为时刻t4的估计温度tc4。然后，当在估计温度tc从更新后的基准温度ts仅变化判定温度δtj的时刻t5判定许可条件成立时，则在进行正常判定的基础上结束第三次的正常判定处理。在时刻t5，时刻t5的估计温度tc5设定为基准温度ts，开始第四次的正常判定处理。这样，异常判定装置60反复进行针对冷却水温度传感器44a、44b的正常判定。
根据上述实施方式的冷却水温度传感器的异常判定装置，得到以下效果。
(1)如果估计温度tc没有仅变化判定温度δtj，则不进行针对冷却水温度传感器44a、44b的正常判定。换言之，在估计温度tc仅变化判定温度δtj时，则进行针对冷却水温度传感器44a、44b的正常判定。因此，针对正常判定的可靠度提高。其结果是，针对判定结果的可靠度提高。
(2)异常判定装置60不管判定许可条件成立与否，在冷却水温度传感器44a、44b的检测值的偏离δtw为正常温度δtn以上的情况下，都判定为冷却水温度传感器44a、44b发生异常。其结果是，能提前检测出冷却水温度传感器44a、44b发生异常。
(3)异常判定装置60在判定许可条件仅规定时间不成立的情况下再次设定基准温度ts。因此，能抑制长时间不进行冷却水温度传感器44a、44b为正常的判定。
(4)通过基于汽缸吸热量qcyl、egr冷却器吸热量qegr、发动机吸热量qeng、以及机组散热量qblk的热量平衡q运算出估计温度tc，从而能提高估计温度tc的精度。
(5)运算部61将平衡温度tcthm作为上限值运算估计温度tc。根据这样的构成，不必考虑在恒温器55开阀时来自散热器56的散热量。其结果是，基于估计温度tc的运算，可减轻运算部61的负荷，并且不需要用于求出例如散热器56中的散热量的构成，因此也能实现异常判定装置60的构成要素的减少。
(6)在上述实施方式中，作为与来自汽缸12的排放气体的排出速度有关的参数使用工作气体密度ρim。在此，作为与来自汽缸12的排放气体的排出速度有关的参数，也考虑到与工作气体密度ρim相比更优选使用作为排放气体的流出目的地的排气歧管15内的排放气体的密度。但是，在使用排气歧管15内的排放气体的密度的情况下，重新需要针于排放气体的温度、成分的耐久性优良的传感器。这方面，在上述实施方式中，因为作为与来自汽缸12的排放气体的排出速度有关的参数使用工作气体密度ρim，所以能使用搭载于发动机系统的已有的传感器。其结果是，可实现异常判定装置60的构成要素及成本的减少。
此外，上述实施方式也能按以下适当变更并实施。
·运算部61也可以以冷却水温度tw为恒温器55的开阀温度以上为条件，运算散热器56中的散热量，并参考该运算值来运算估计温度tc。冷却器中的散热量例如能基于第一冷却水温度tw1的变化量、冷却水量、以及冷却水的热容量进行运算。
·运算部61也可以取代工作气体密度ρim而使用排气歧管15内的排放气体的密度来运算第一热传递系数hcyl。根据这样的构成，第一热传递系数hcyl的精度提高的结果是估计温度tc的精度提高。此外，该排放气体的密度能根据例如排气歧管15内的压力及温度求出。
·运算部61也可以基于对egr冷却器出口温度tegrc和流入到egr冷却器26的egr气体的温度进行检测的温度传感器的检测值的差，运算egr冷却器吸热量qegr。
·在egr冷却器26为空冷式的情况下，运算部61也可以运算汽缸吸热量qcyl和发动机吸热量qeng的相加值作为冷却水的吸热量。
·判定部62也可以在估计温度tc到达平衡温度tcthm的情况下，将该平衡温度tcthm设定为基准温度ts。根据这样的构成，与到达平衡温度tcthm稍前的估计温度tc设定为基准温度ts的情况相比，能减小在到达平衡温度tcthm后估计温度tc仅变化判定温度δtj时所需的温度变化量。其结果是，能提高冷却水温度传感器44a、44b进行正常判定的频率。
·判定部62也可以并行地进行将相互不同的时刻的估计温度tc作为基准温度ts的正常判定处理。根据这样的构成，能提高冷却水温度传感器44a、44b进行正常判定的频率。
·判定部62也可以在发动机10停止后继续正常判定处理。即，也可以为，在冷却水温度tw降低的过程中，判定部62基于发动机10停止后的估计温度tc从在发动机10驱动中所设定的基准温度ts仅变化判定温度δtj时的冷却水温度tw1、tw2的偏离δtw来判定有无异常。
·也可以为，判定部62在检测出异常时，将第一冷却水温度传感器44a及第二冷却水温度传感器44b中检测出相对于估计温度tc更加偏离的检测值的传感器作为发生异常的传感器而检测出。
·发动机10也可以是柴油发动机或汽油发动机、天然气发动机。另外，mil65也可以是发出例如警告音的警告音产生部。