(57)【要約】【課題】温度プローブの実行できる最も長い耐用年数と、実行できる最も速くて最も正確な排気ガス温度の決定と、の相反する要求事項をより良く満足させることができる車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法を提供する。【解決手段】温度センサ１２と、温度センサ１２を取り囲んで排気ガス流の中に突出している保護管１４と、を含む温度プローブ１０を用いて、車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法であって、複数の時間的に連続した温度測定値から、温度プローブ１０の熱慣性の特性を用いて、補正された温度値を計算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサと、前記温度センサを取り囲んで排気ガス流の中に突出している保護管と、を含む温度プローブを用いて、前記温度センサにより一連の温度測定値を生成する、車両エンジンの前記排気ガス温度を決定する方法であって、複数の時間的に連続した温度測定値から、前記温度プローブの熱慣性の特性を用いて、補正された温度値を計算することを特徴とする車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記特性が、変化した周囲温度を前記温度プローブが推定する速度を特徴付ける時定数であることを特徴とする車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、先行する温度値からの偏移に比例している補正項を温度測定値に加えることで、前記補正された温度値を計算することを特徴とする車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記補正項が前記特性に比例していることを特徴とする車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の方法であって、前記補正項が前記２つの温度測定値の間の時間に反比例しており、前記補正項は前記２つの温度測定値の差に比例していることを特徴とする車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法であって、前記温度センサにより提供された生データをフィルタリングすることにより前記温度測定値を決定することを特徴とする車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法であって、前記時間ｔｎおよびｔｎ−１に対して決定された２つの連続した温度測定値ＴｎおよびＴｎ−１と、前記特性量τと、から、Ｔｃｏｒ＝Ｔｎ＋ΔＴ・τ／Δｔにより、前記補正された温度値Ｔｃｏｒを計算し、ΔＴは前記連続した温度測定値ＴｎとＴｎ−１の間の差であり、Δｔは前記連続した時間ｔｎとｔｎ−１の間の差であることを特徴とする車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法。
【請求項８】
温度センサと、前記温度センサを取り囲む保護管と、を含む温度プローブであって、動作時に、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法を実行して補正された温度値を提供する評価回路を特徴とする温度プローブ。
【請求項９】
請求項８に記載の温度プローブであって、前記保護管内の前記温度センサが充填材料で取り囲まれていることを特徴とする温度プローブ。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の温度プローブであって、前記評価回路がＡＳＩＣであることを特徴とする温度プローブ。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の複数の温度プローブを含むシステムであって、共通データ・バスを介して前記温度プローブをエンジン制御器に接続していることを特徴とするシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、前記車両の前記排気管内に前記温度プローブを取り付けてあることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載のシステムであって、指定時間以上の間、好ましくは少なくとも６時間以上の間、前記車両を駐車した後に、前記個々の温度プローブの前記温度測定値を、それらの温度測定値が指定許容差範囲内で一致しているかどうかについて評価することにより前記車両を検査することを特徴とするシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記指定時間を超える時間の間、前記車両を駐車した後に、前記残りの温度プローブの前記温度測定値からの顕著な偏移を示す温度プローブを、前記残りの温度プローブの前記温度測定値を用いて調整することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサと、温度センサを取り囲んで排気ガス流の中に突出している保護管と、を含む温度プローブを用いて、車両エンジンの排気ガス温度を決定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
請求項１の前文で言及している機能を有するこのような温度プローブおよび方法は、特許文献１で知られている。
【０００３】
内燃機関の排気管内の温度プローブの使用条件は厳しいものがある。使用条件は、６００℃より高く最高約１０００℃にまで達する高温と、５秒以内で８００℃の温度上昇によるような速い温度変化と、振動と、温度プローブの周囲を流れる腐食媒体と、により特徴付けられる。
【０００４】
これらのストレスに耐えることができるように、排気ガス温度を測定する温度プローブの温度センサは、保護管内に封入されて、通常、粉末または埋め込み用樹脂のような充填材料内に埋め込まれている。しかしながら、センサを保護するこれらの手段は、温度プローブの慣性も増加させて、それにより、一般的に、センサのより良好な保護を達成し、その結果、センサの慣性の増加と引き換えにセンサの耐用年数の延長が達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ  １０  ２００６  ０３４  ２４８  Ｂ３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、温度プローブの実行できる最も長い耐用年数と、実行できる最も速くて最も正確な排気ガス温度の決定と、の相反する要求事項をいかにしてより良く満足させることができるかについての方法を示すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する方法により、および請求項８に記載の温度プローブにより、達成される。本発明の有利な改良形態は、従属クレームの技術主題である。
【０００８】
排気ガス温度が変化する場合、温度プローブが周囲排気ガス流の温度を推定して排気ガス温度と一致する温度測定値を提供できるまでには、常に一定の時間が経過する。したがって、排気ガス温度になるまで温度プローブを加熱または冷却する間、温度測定値は実際の排気ガス温度とは体系的に異なっており、いくらかの時間遅延とともに実際の排気ガス温度に近づく。温度プローブが排気ガス流の温度を推定する速度は、温度プローブの熱慣性で決まり、この温度プローブの熱慣性は温度プローブの熱容量と、温度センサを取り囲んでいる温度プローブの構成要素の熱伝導率と、に依存している。温度プローブの熱慣性を特徴付ける特性量を使用することにより、本発明の方法を使用して該センサの温度測定値から、排気ガス温度とより良く一致する補正された温度値を計算することができる。
【０００９】
変化した周囲温度を温度プローブが推定する速度を特徴付ける時定数を、温度センサの熱慣性の特性として使用できる。このような時定数は、例えば、２０℃などの確定した初期温度を有する温度プローブを５２０℃などの既知温度を有する高温排気ガス流の中に挿入することなどで、適切な測定を通じて特定の温度プローブに対して決定することができる。このような場合には、温度センサにより提供される測定値は、時間とともに指数関数的に排気ガス温度に近づく。使用できる熱慣性の特性は、例えば、温度プローブの温度と排気ガス温度の間の差が、初期の差の指定割合まで縮小するまでに経過する時間である。この目的のために、差が、初期の差の１／ｅになるまでに経過する時間として時定数を定義することが有利である。ここで、ｅはオイラーの数で約２．７１８であり、使用する時定数は、排気ガス温度が急変した後にセンサがその変化分のうちの６３％を再現する時間であることが有利である。
【００１０】
厳密に言えば、このようにして決定した時定数は排気ガス流の密度および流量にも依存している。実際上は、異なるエンジン負荷および異なるエンジン・スピードに対して生じる、温度プローブのそばを流れ去る単位時間あたりの排気ガス量の差は、一般に無視しうる程度のものである。したがって、平均速度および平均エンジン負荷などの典型的なエンジン状態で得られる排気ガス流について、使用する検出プローブの熱慣性の特性量を決定することが有利である。
【００１１】
先行する温度値からの偏移に比例しており熱慣性の特性量を用いて計算される補正項を、特性量と掛け合わせるなどにより温度測定値に加えることで、補正された温度値を計算することが好ましい。補正項は２つの温度測定値の間の時間に反比例していることが好ましく、補正項は２つの温度測定値の差に比例している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明記載の方法では、複数の時間的に連続した温度測定値から、温度プローブの熱慣性の特性を用いて、補正された温度値を計算する。このようにして、車両の排気管内の大きなストレスに長い間耐えることができる堅牢な温度プローブを使用して、温度プローブの大きな熱慣性にもかかわらず、より迅速にかつより正確に排気ガス温度の決定が有利に行える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】周囲ガス流の温度の急変時の２つの異なる温度プローブの加熱挙動を示す線図
【図２】排気ガス流内で測定した温度測定値の曲線および排気ガス温度の曲線、ならびに２つの異なる温度プローブに対して排気ガス温度から本発明に基づいて計算した補正された温度値の偏移を示す線図
【図３】本発明の実施例に係る温度プローブを示す一部断面とした正面図
【図４】本発明の実施例に係るシステムを示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付図面を参照しながら例示的実施形態について本発明の詳細および利点を説明する。
【実施例】
【００１５】
車両エンジンの排気ガス温度を決定するために、温度センサと、温度センサを取り囲んで排気ガス流の中に突出している保護管と、を含む温度プローブを用いて、一連の温度測定値を生成する。複数の時間的に連続した温度測定値から、温度プローブの熱慣性の特性量を用いて、補正された温度値を計算する。
【００１６】
変化した周囲温度を温度プローブが推定する速度を特徴付ける時定数を、温度センサの熱慣性の特性として使用する。例えば、既知の初期温度を有する温度プローブを一定温度を有する排気ガス流の中に挿入して、温度プローブの温度、したがって、温度プローブが提供する測定値が、変化した周囲温度にゆっくり近づくようにすることなどで、時定数を決定することができる。
【００１７】
図１は、例として、周囲温度の急変時の２つの異なる温度プローブに対する温度曲線を示している。図１では、縦座標は温度Ｔを℃単位で示しており、横座標は時間ｔを秒単位で示している。曲線１は第１の温度プローブの温度曲線であり、曲線２は、より小さい熱慣性を有する第２の温度プローブの温度曲線である。図１のステップ関数３で周囲温度を示している。周囲温度が時間ｔ＝１ｓで０℃から１００℃に突然上昇していることがはっきりとわかる。
【００１８】
したがって、時間ｔ＝１秒では、２つの温度プローブの温度と周囲温度の間の差は１００℃である。約１０秒後には、第１の温度プローブに対して温度差は３７％、すなわち、初期値の１／ｅに縮小している。したがって１０秒後には、第１の温度センサは排気ガス温度の急激な変化のうちの６３％を再現している。したがって、第１の温度プローブの時定数τは１０秒である。
【００１９】
第２の温度プローブは、より小さい熱慣性を有しており、したがって、約５秒後には既に周囲温度の急激な変化のうちの６３％を再現している。したがって、第２の温度プローブの温度と周囲温度の間の差は、わずか５秒後には当初温度差１００Ｋの１／ｅの割合に縮小している。したがって、第２の温度プローブの時定数τは５秒である。
【００２０】
動作時に、温度プローブは一連の温度測定値Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…Ｔｎ−１、Ｔｎを生成し、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３…ｔｎ−１、ｔｎに対して個々の温度測定値をそれぞれ測定する。温度測定値は連続的に生成されるため、添え字ｎは任意の整数を示している。その後、時定数τなどの温度プローブの熱慣性の特性量を用いて、排気ガス温度により近い補正された温度値Ｔｃｏｒを計算することができる。その後、例えば、時間ｔｎに対して、以下の方程式に基づいて、補正された温度値を計算することができる。
【００２１】
Ｔｃｏｒ＝Ｔｎ＋ΔＴ・τ／Δｔ
ここで、Ｔｎは時間ｔｎで測定した温度測定値であり、ΔＴは連続した温度測定値ＴｎとＴｎ−１の間の差であり、すなわち、ΔＴ＝Ｔｎ−Ｔｎ−１であり、Δｔは連続した時間ｔｎとｔｎ−１の間の差であり、すなわち、Δｔ＝ｔｎ−ｔｎ−１である。
【００２２】
上述の方程式を使用して、温度測定値に、補正項、すなわち、ΔＴ・τ／Δｔを加えて、補正された温度値を計算する。この補正項は先行する温度値からの偏移に比例しているとともに、温度プローブの熱慣性の特性量に比例している。さらに、補正項は２つの温度測定値の間の時間Δｔに反比例しており、補正項は２つの温度測定値の差ΔＴに比例している。
【００２３】
車両の排気管内に挿入された温度プローブにより提供された測定信号は、ノイズが多く、妨害シグナルにより損なわれることが多い。したがって、電気測定抵抗または熱電対などの温度センサにより提供された生データをフィルタリングすることにより、補正された温度値を計算するのに用いる温度測定値を決定することが好ましい。生データのフィルタリングの間に、例えば、複数の連続した生データ値を組み合わせることにより温度測定値を形成することができる。このようにして、測定値のランダム変動を低減することができる。例えば、温度測定値は、３つの連続した生データからそれらの生データの算術平均として形成することができる。
【００２４】
また、生データのフィルタリングは、例えば、先行する測定値から指定しきい値を超えて偏移している生データを無視することなどで、明らかに誤った測定値である外れ値の除去も有利に行える。温度プローブの熱慣性のために、温度プローブの温度は無限の速度で変化することはできないため、２つの連続した測定信号の間で起こり得る最大の変化は限定されている。疑わしいセンサ信号を検出して適切なフィルタを用いて生データから除去するとき、この操作は、生データのフィルタリングおよび処理に対する付加的ステップの前に行うことが好ましい。
【００２５】
図２では、曲線１および２は、車両の排気管内に取り付けた温度プローブを用いて測定した温度測定値の曲線を反映している。左側の縦座標は温度Ｔを℃単位で示しており、横座標は時間ｔを秒単位で示している。さらに、図２は排気ガス温度の曲線である曲線３を示している。補正された温度値は、曲線１、すなわち、対応する温度プローブの温度測定値と、対応する温度プローブの熱慣性の特性量と、から計算した。曲線４は、補正された温度値の排気ガス温度からの偏移を示している。偏移量は、温度偏移をケルビン単位で示している右側の縦座標から明らかである。
【００２６】
曲線４の過程は、補正された温度値が温度プローブの温度測定値よりも実際の排気ガス温度とかなり良く一致することを示している。特に、急激な温度変化の後の非常に短い時間の間だけ、補正された温度値が実際の排気ガス温度から外れていることが明らかである。
【００２７】
これは、上述した方法を使用して熱的に不活性な温度プローブの測定値から高精度で排気ガス温度を計算することができることを示している。実際的な言い方をすれば、このことは、上述した方法を使用すると、熱的に不活性な温度プローブを、熱慣性のない温度プローブに変換できることを意味している。方法の他の応用は、排気ガス温度は反映しないが、より大きいまたはより小さい熱慣性を有する他の温度プローブの温度測定値をシミュレートする、補正された温度値を計算することである。それを実行するためには、上述の方程式において時定数τを２つの温度プローブの時定数の差に置き換える。
【００２８】
本発明の方法は、例えば、車両のエンジン制御器により実行することができる。しかしながら、温度プローブ上に設けてある評価回路を用いて本方法を実行することが可能である。これに適した温度プローブは、例えば、ＤＥ  １０  ２００６  ０３４  ２４８  Ｂ３で知られている温度プローブである可能性があり、さらに、説明した方法を動作時に実行する評価回路を有することができる。
【００２９】
図３に示されるように、温度プローブ１０は、温度センサ１２と、温度センサ１２を取り囲む保護管１４と、を含んでいる。温度センサ１２は保護管１４の充填材料１６内に埋め込まれている。充填材料１６として絶縁粉末または埋め込み用樹脂を使用することができる。評価回路１８は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit；専用集積回路）で費用効率よく構成できる。符号１９Ａ、１９Ｂはサプライワイヤを示す。
【００３０】
ＡＳＩＣで構成された温度プローブは、図４に示されるように、共通データ・バス２０を介してエンジン制御器２２に接続できることが有利である。又、複数の温度プローブ１０Ａ、１０Ｂ、…１０ｎ-1、１０ｎを用いて車両の排気管のいろいろな位置で排気ガス温度を測定できることが特に有利であり、個々の温度プローブ１０Ａ、１０Ｂ、…１０ｎ-1、１０ｎをそれぞれ共通データ・バス２０に接続して、複数の温度プローブから温度データを入手するためにエンジン制御器２２は単一ポートだけを必要とするようになっている。
【００３１】
複数のこのような温度プローブ１０Ａ、１０Ｂ、…１０ｎ-1、１０ｎをシステム３０とすることにより、システムの信頼性を向上できることが有利である。特に、個々の温度プローブの温度測定値を比較することにより各温度プローブの故障を検出できる。より長い期間エンジンを止めた後には、車両のすべての温度プローブは周囲温度まで冷えているはずであり、つまり、すべての温度プローブは一致した温度測定値を提供すべきである。したがって、車両を長時間駐車した後に個々の温度プローブの温度測定値を互いに比較することで、各温度プローブの故障を検出できる。
【００３２】
温度プローブの故障は、温度プローブの温度センサがドリフトを起こしやすいという事実に起因していることが多い。測定抵抗として構成された温度センサでは、例えば、経年に関する抵抗増加が観測される可能性があり、それによって測定信号を変形させてしまう。このような場合には、残りの温度プローブの温度測定値からの顕著な偏移を示す温度プローブを、残りの温度プローブの温度測定値を用いて再調整することができる。例えば、測定値が偏移している温度プローブを調整するために、残りの温度プローブの測定値の算術平均を正確な温度であると推定することができ、偏移している温度を提供する温度プローブを、この平均値に調整することができる。
【００３３】
指定時間以上の間、車両を駐車した後にだけ、温度プローブのこのような機能検査および潜在的再調整を実行できるということは重要である。この指定時間は、すべての温度プローブが車両の周囲温度まで冷えることを可能にするほど十分長くなければならない。この時間は少なくとも６時間であることが好ましく、少なくとも１２時間であることが特に好ましい。
【符号の説明】
【００３４】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、…１０ｎ-1、１０ｎ…温度プローブ
１２…温度センサ
１４…保護管
１６…充填材料
１８…評価回路
２０…共通データ・バス
２２…エンジン制御器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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