(57)【要約】【課題】センサ出力値の推定精度を効果的に向上させる。【解決手段】エンジン１０の排気通路１４に設けられたセンサ９５の出力値の推定装置であって、エンジン１０の運転状態を取得する運転状態取得部９０，９１と、排気ガス流量を取得する流量取得部９３と、運転状態に基づいて、エンジン１０から排出される排気ガスの成分濃度値を推定する第１推定部１１０と、成分濃度値を排気ガス流量に基づいて設定される第１補正係数により補正することで、センサ９５の出力値を推定する第２推定部１２０とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられたセンサの出力値の推定装置であって、
前記エンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段と、
排気ガス流量を取得する流量取得手段と、
前記運転状態に基づいて、前記エンジンから排出される排気ガスの成分濃度値を推定する第１推定手段と、
前記成分濃度値を前記排気ガス流量に基づいて設定される第１補正係数により補正することで、前記センサの出力値を推定する第２推定手段と、を備える
ことを特徴とする推定装置。
【請求項２】
前記第２推定手段は、前記排気ガス流量から排気ガス流速を求めると共に、前記エンジンから前記センサまでの前記排気通路の長さを前記排気ガス流速で除算して得られる時間に基づいて前記第１補正係数を設定する
請求項１に記載の推定装置。
【請求項３】
前記第１補正係数は、前記時間が長くなるに従い大きく設定される
請求項２に記載の推定装置。
【請求項４】
前記第２推定手段は、さらに、前記成分濃度値を前記センサの時定数に基づいて設定される第２補正係数により補正する
請求項１から３の何れか一項に記載の推定装置。
【請求項５】
前記第２補正係数は、前記成分濃度値の時間に対する変化量が大きくなるに従い小さく設定される
請求項４に記載の推定装置。
【請求項６】
前記センサは、酸素濃度及び／又は窒素化合物濃度を検出し、前記第１推定手段は、前記運転状態に基づいて、前記エンジンから排出される排気ガスの酸素濃度値及び／又は窒素化合物濃度値を推定し、前記第２推定手段は、前記酸素濃度値及び／又は前記窒素化合物濃度値を補正することで、前記センサの出力値を推定する
請求項１から５の何れか一項に記載の推定装置。
【請求項７】
エンジンの排気通路に設けられたセンサの出力値の推定方法であって、
前記エンジンの運転状態を取得し、排気ガス流量を取得し、前記運転状態に基づいて、前記エンジンから排出される排気ガスの成分濃度値を推定し、前記成分濃度値を前記排気ガス流量に基づいて設定される第１補正係数により補正することで、前記センサの出力値を推定する
ことを特徴とする推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、推定装置及び推定方法に関し、特に、エンジンの排気通路に設けられたセンサの出力値の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンから排出される排気ガス中の酸素濃度（以下、Ｏ２濃度）や窒素化合物濃度（以下、ＮＯｘ濃度）をエンジンの運転状態に基づいて推定し、該推定値をセンサの出力値と比較することで、センサの異常診断を行う技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１２８２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの運転状態に基づいて推定される排気ガス中のＯ２濃度やＮＯｘ濃度は、エンジン燃焼室出口（例えば、排気ポート）の推定値となる。一方、排気系のセンサは、レイアウト上の制約等により、エンジン燃焼室から離れた排気通路の所定位置に取り付けられている。
【０００５】
このため、診断を行う際に、排気ガスがエンジン燃焼室出口からセンサに到達するまでの遅れ時間等を考慮することなく、エンジン燃焼室出口の推定値とセンサ出力値とを単純比較すると、センサに異常が生じていないにもかかわらず、センサが異常であると誤判定してしまう可能性がある。このような誤判定を防止するには、遅れ時間等を考慮してセンサ出力値の推定精度を向上させる必要がある。
【０００６】
本開示の技術は、センサ出力値の推定精度を効果的に向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、エンジンの排気通路に設けられたセンサの出力値の推定装置であって、前記エンジンの運転状態を取得する運転状態取得手段と、排気ガス流量を取得する流量取得手段と、前記運転状態に基づいて、前記エンジンから排出される排気ガスの成分濃度値を推定する第１推定手段と、前記成分濃度値を前記排気ガス流量に基づいて設定される第１補正係数により補正することで、前記センサの出力値を推定する第２推定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記第２推定手段は、前記排気ガス流量から排気ガス流速を求めると共に、前記エンジンから前記センサまでの前記排気通路の長さを前記排気ガス流速で除算して得られる時間に基づいて前記第１補正係数を設定することが好ましい。
【０００９】
また、前記第１補正係数は、前記時間が長くなるに従い大きく設定されることが好ましい。
【００１０】
また、前記第２推定手段は、さらに、前記成分濃度値を前記センサの時定数に基づいて設定される第２補正係数により補正することが好ましい。
【００１１】
また、前記第２補正係数は、前記成分濃度値の時間に対する変化量が大きくなるに従い小さく設定されることが好ましい。
【００１２】
また、前記センサは、酸素濃度及び／又は窒素化合物濃度を検出し、前記第１推定手段は、前記運転状態に基づいて、前記エンジンから排出される排気ガスの酸素濃度値及び／又は窒素化合物濃度値を推定し、前記第２推定手段は、前記酸素濃度値及び／又は前記窒素化合物濃度値を補正することで、前記センサの出力値を推定してもよい。
【００１３】
本開示の技術は、エンジンの排気通路に設けられたセンサの出力値の推定方法であって、前記エンジンの運転状態を取得し、排気ガス流量を取得し、前記運転状態に基づいて、前記エンジンから排出される排気ガスの成分濃度値を推定し、前記成分濃度値を前記排気ガス流量に基づいて設定される第１補正係数により補正することで、前記センサの出力値を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本開示の技術によれば、センサ出力値の推定精度を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る推定装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る推定装置及び推定方法による作用効果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る推定装置及び推定方法について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１７】
図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０のシリンダブロックＣＢには、燃焼室の一部を区画する複数のシリンダＣが形成されている。シリンダブロックＣＢの上部には、図示しないシリンダヘッドが設けられ、該シリンダヘッドには吸気ポート１０Ａ及び排気ポート１０Ｂが形成されている。吸気ポート１０Ａには吸気マニホールド１１が接続され、排気ポート１０Ｂには排気マニホールド１２が接続されている。吸気マニホールド１１には新気を導入する吸気通路１３が接続され、排気マニホールド１２には排気ガスを大気に放出する排気通路１４が接続されている。なお、気筒数は図示例の４個に限定されず、単気筒、或は４気筒以外の複数気筒であってもよい。
【００１８】
吸気通路１３には、吸気上流側から順に、エアクリーナ１５、吸入空気流量センサ（以下、ＭＡＦセンサ）９２、過給機２０のコンプレッサ２２、インタークーラ１６等が設けられている。排気通路１４には、排気上流側から順に、過給機２０のタービン２１、排気ガス流量センサ９３、ＮＯｘセンサ９５、排気後処理装置４０等が設けられている。
【００１９】
排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置）３０は、タービン２１よりも上流側の排気通路１４とコンプレッサ２２よりも下流側の吸気通路１３とを接続するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３２と、ＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲバルブ３３とを備えている。
【００２０】
排気後処理装置４０は、尿素水添加装置４１と、選択的還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）４５とを備えている。
【００２１】
尿素水添加装置４１は、尿素水を貯留する尿素水タンク４２と、尿素水タンク４２から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ４３と、排気通路１４内に尿素水を添加する尿素水添加ノズル４４とを備えている。尿素水添加ノズル４４から排気通路１４内に噴射された尿素水は、排気熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）に生成され、下流側のＳＣＲ触媒４５に還元剤として供給される。
【００２２】
ＳＣＲ触媒４５は、例えば多孔質セラミック担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒４５は、尿素水添加ノズル４４から還元剤として供給されるＮＨ３を吸着すると共に、吸着したＮＨ３で通過する排気ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００２３】
エンジン回転数センサ９０は、エンジン１０の図示しないクランクシャフトからエンジン回転数Ｎｅを検出し、該検出値を電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００に出力する。アクセル開度センサ９１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じたエンジン１０の燃料噴射量Ｑを検出し、該検出値をＥＣＵ１００に出力する。エンジン回転数センサ９０及び、アクセル開度センサ９１は、本発明の運転状態取得手段の一例に相当する。
【００２４】
ＭＡＦセンサ９２は、吸気通路１３に導入される吸入空気流量を検出し、該検出値をＥＣＵ１００に出力する。排気ガス流量センサ９３は、排気通路１４を流れる排気ガス流量を検出し、該検出値をＥＣＵ１００に出力する。排気ガス流量センサ９３及び／又は、ＭＡＦセンサ９２は、本発明の排気流量取得手段の一例に相当する。
【００２５】
ＮＯｘセンサ９５は、例えば、２セル式等のＮＯｘセンサであって、Ｏ２濃度及び該Ｏ２濃度から換算されるＮＯｘ濃度を検出し、これら検出値をＥＣＵ１００に出力する。なお、ＮＯｘセンサ９５の取り付け位置は図示例に限定されず、排気通路１４の他の部位であってもよい。
【００２６】
ＥＣＵ１００は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。
【００２７】
また、図２に示すように、ＥＣＵ１００は、エンジン燃焼室出口成分濃度推定部１１０と、センサ出力推定部１２０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ１００に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２８】
エンジン燃焼室出口成分濃度推定部１１０は、本発明の第１推定手段の一例であって、Ｏ２濃度推定部１１１と、ＮＯｘ濃度推定部１１２とを有する。
【００２９】
Ｏ２濃度推定部１１１は、エンジン１０の運転状態に基づいて、エンジン１０の燃焼室から排出された排気ガス中（例えば、排気ポート１０Ｂや排気マニホールド１２）のＯ２濃度値（以下、出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ）を推定する。
【００３０】
より詳しくは、ＥＣＵ１００のメモリには、予め実験等により作成した、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて参照されるＯ２マップＭ１が記憶されている。Ｏ２濃度推定部１１１は、Ｏ２マップＭ１をエンジン回転数センサ９０から入力されるエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度センサ９１から入力される燃料噴射量Ｑに基づいて参照することで、出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔを推定する。なお、出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔの推定はＯ２マップＭ１に限定されず、エンジン回転数Ｎｅや燃料噴射量Ｑを入力値として含むモデル式等に基づいて演算してもよい。
【００３１】
ＮＯｘ濃度推定部１１２は、エンジン１０の運転状態に基づいて、エンジン１０の燃焼室から排出される排気ガス中（例えば、排気ポート１０Ｂや排気マニホールド１２）のＮＯｘ濃度値（以下、出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿Ｅｏｕｔ）を推定する。
【００３２】
より詳しくは、ＥＣＵ１００のメモリには、予め実験等により作成した、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて参照されるＮＯｘマップＭ２が記憶されている。ＮＯｘ濃度推定部１１２は、ＮＯｘマップＭ２をエンジン回転数センサ９０から入力されるエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度センサ９１から入力される燃料噴射量Ｑに基づいて参照することで、出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿Ｅｏｕｔを推定する。なお、出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿Ｅｏｕｔの推定はＮＯｘマップＭ２に限定されず、出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔから換算してもよい。また、出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿Ｅｏｕｔは、エンジン回転数Ｎｅや燃料噴射量Ｑを入力値として含むモデル式等から演算してもよい。
【００３３】
センサ出力推定部１２０は、本発明の第２推定手段の一例であって、ノイズ補正係数設定部１２１と、時間補正係数設定部１２２と、時定数補正係数設定部１２３と、センサ出力推定値演算部１２４とを有する。
【００３４】
ノイズ補正係数設定部１２１は、出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿ＥｏｕｔをＮＯｘセンサ９５の出力値（実センサ値）に近づけるためのノイズ補正係数ＮＣｏｒを設定する。ノイズ補正係数ＮＣｏｒは、ＮＯｘセンサ９５の出力値に含まれるノイズを除去するローパスフィルタに基づいた補正係数であって、例えば、ＥＣＵ１００のメモリに予め記憶されたノイズ補正量マップＭ３をエンジン出口成分濃度推定部１１０から入力される出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿Ｅｏｕｔで参照することにより設定される。
【００３５】
時間補正係数設定部１２２は、出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿ＥｏｕｔをＮＯｘセンサ９５の出力値に近づけるための時間補正係数ＴＣｏｒ（第１補正係数の一例）を設定する。時間補正係数ＴＣｏｒは、エンジン１０の燃焼室から排出された排気ガスが排気通路１４内を流れてＮＯｘセンサ９５に到達するまでの時間（以下、到達時間ＴＳＥＮ）に基づいた補正係数であって、例えば、排気ガス流速Ｖｅｘｈに従って設定される。
【００３６】
より詳しくは、ＥＣＵ１００のメモリには、予め実験等により作成した到達時間ＴＳＥＮと時間補正係数ＴＣｏｒとの関係を定めた時間補正量マップＭ４が記憶されている。時間補正量マップＭ４において、時間補正係数ＴＣｏｒは到達時間ＴＳＥＮが長くなるに従い大きく、換言すれば、排気ガス流速Ｖｅｘｈが遅くなるに従い大きくなるように設定されている。
【００３７】
時間補正係数設定部１２２は、まず、排気ガス流量センサ９３のセンサ値（又は、ＭＡＦセンサ９２のセンサ値）に基づいて現在の排気ガス流速Ｖｅｘｈを演算する。次いで、時間補正係数設定部１２２は、エンジン１０の出口（例えば、排気ポート１０Ｂや排気マニホールド１２）からＮＯｘセンサ９５までの排気流路長さＬを排気ガス流速Ｖｅｘｈで除算することで、到達時間ＴＳＥＮ（＝Ｌ／Ｖｅｘｈ）を演算する。次いで、時間補正係数設定部１２２は、時間補正量マップＭ４から到達時間ＴＳＥＮに応じた値を読み取ることで、時間補正係数ＴＣｏｒを設定する。
【００３８】
時定数補正係数設定部１２３は、出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿ＥｏｕｔをＮＯｘセンサ９５の出力値に近づけるための時定数補正係数τＣｏｒ（第２補正係数の一例）を設定する。時定数補正係数τＣｏｒは、ＮＯｘセンサ９５の時定数τに基づいて補正係数であって、例えば、Ｏ２濃度やＮＯｘ濃度の変化率（時間に対する変化量）に従って設定される。
【００３９】
より詳しくは、ＥＣＵ１００のメモリには、予め実験等により作成したＯ２濃度変化率ΔＯ２及び／又はＮＯｘ濃度変化率ΔＮＯｘと時定数補正係数τＣｏｒとの関係を規定する時定数補正量マップＭ５が記憶されている。時定数補正量マップＭ５において、時定数補正係数τＣｏｒは、Ｏ２濃度変化率ΔＯ２及び／又はＮＯｘ濃度変化率ΔＮＯｘが大きくなるに従い短く（小さく）なるように設定されている。
【００４０】
時定数補正係数設定部１２３は、エンジン燃焼室出口成分濃度推定部１１０から入力される出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿Ｅｏｕｔの時間当たりの変化率である出口Ｏ２濃度変化率ΔＯ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度変化率ΔＮＯｘ＿Ｅｏｕｔを演算し、当該演算値に対応する値を時定数補正量マップＭ５から読み取ることで、時定数補正係数τＣｏｒを設定する。
【００４１】
センサ出力推定値演算部１２４は、エンジン燃焼室出口成分濃度推定部１１０から入力される出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度値ＮＯｘ＿Ｅｏｕｔを各補正係数設定部１２１〜１２３により設定されたノイズ補正係数ＮＣｏｒ，時間補正係数ＴＣｏｒ及び、時定数補正係数τＣｏｒに基づいて補正することで、ＮＯｘセンサ９５のセンサＯ２濃度出力推定値Ｏ２＿ＳＥＮ及び／又はセンサＮＯｘ濃度出力推定値ＮＯｘ＿ＳＥＮを演算する。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、エンジン１０の運転状態に基づいて推定される出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔを、ＮＯｘセンサ９５のノイズ除去フィルタに応じたノイズ補正係数ＮＣｏｒ及び、ＮＯｘセンサ９５の取り付け位置や排気ガス流速（到達時間）に応じた時間補正係数ＴＣｏｒにより補正することで、図３中に特性線Ａで示される出口Ｏ２濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔ及び／又は出口ＮＯｘ濃度値Ｏ２＿Ｅｏｕｔは、特性線Ｂで示される値に補正される。さらに、特性線Ｂに示される値をＮＯｘセンサ９５の時定数τに応じた時定数補正係数τＣｏｒにより補正することで、特性線Ｂが特性線Ｃに示される値に補正され、特性線Ｄに示すＮＯｘセンサ９５のセンサ出力値（実センサ値）に近づけられるようになっている。これにより、ＮＯｘセンサ９５のセンサ出力値の推定精度を効果的に向上することができる。また、センサ出力推定値の精度が向上することで、ＮＯｘセンサ９５の異常診断において誤判定を招くことを効果的に防止することが可能になる。
【００４３】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００４４】
例えば、ＮＯｘセンサ９５は、Ｏ２濃度値及びＮＯｘ濃度値の両方を検出するものに限定されず、Ｏ２濃度値又はＮＯｘ濃度値の何れか一方を検出するセンサであってもよい。この場合は、Ｏ２濃度値又はＮＯｘ濃度値の何れか一方をセンサ出力値の推定対象とすればよい。また、センサ出力値の推定対象は、エンジン１０の運転状態から推定可能な排気状態量を検出するセンサであれば、例えば、排気温度センサ等の他のセンサ類であってもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１０  エンジン
１２  排気マニホールド
１４  排気通路
９０  エンジン回転数センサ（運転状態取得手段）
９１  アクセル開度センサ（運転状態取得手段）
９２  ＭＡＦセンサ（流量取得手段）
９３  排気ガス流量センサ（流量取得手段）
１００  ＥＣＵ
１１０  エンジン燃焼室出口成分濃度推定部（第１推定手段）
１１１  Ｏ２濃度推定部（第１推定手段）
１１２  ＮＯｘ濃度推定部（第１推定手段）
１２０  センサ出力推定部（第２推定手段）
１２１  ノイズ補正係数設定部（第２推定手段）
１２２  時間補正係数設定部（第２推定手段）
１２３  時定数補正係数設定部（第２推定手段）
１２４  センサ出力推定値演算部（第２推定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018141398.tif 000005