(57)【要約】【課題】  内燃機関の排気系の部品の熱疲労を検出する。【解決手段】  この装置は、内燃機関の運転状態に基づいて部品の温度を推定する手段と、推定された温度の変化に基づいて前記部品の熱疲労に関する指数を求める手段と、この指数を積算する手段と、指数の積算値が予め定めたしきい値を越えるとき、警告を発生する手段と、を備える。内燃機関の運転状態に基づいて部品の温度が推定され、この温度の変化に基づいて部品の熱疲労に関する指数が求められるので、温度センサを用いることなく、部品の熱疲労を検出することができる。温度を推定する手段は、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関の出口における排気ガスの温度を算出し、排気ガスの温度に基づいて部品の温度を算出する。   【選択図】図２
2007085183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられた部品の熱疲労を検出する装置であって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて部品の温度を推定する手段と、
前記推定された温度の変化に基づいて前記部品の熱疲労に関する指数を求める手段と、
前記指数を積算する手段と、
前記指数の積算値が予め定めたしきい値を越えるとき、警告を発生する手段と、
を備える部品の熱疲労検出装置。
【請求項２】
前記温度を推定する手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関の出口における排気ガスの温度を算出し、該排気ガスの温度に基づいて前記部品の温度を算出する、請求項１に記載の熱疲労検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関（エンジン）のエキゾーストマニホールド、排気浄化装置など厳しい温度変化にさらされる排気系の部品の熱疲労を推測する手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、乗用車のエンジンルーム内に放射率が０に近い白体球および放射率が１に近い黒体球を隣接して配置し、白体球の温度から雰囲気温度を求め、白体球および黒体球の温度差から排気管などの高温の熱源からの輻射熱量を評価し、温度計測センサの出力から見積もられる部品温度を温度履歴として積算し、積算値と経過時間との組み合わせにより、部品の寿命を予測することが記載されている。
【特許文献１】特開平10-253460号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の手法は、温度計測センサを用いるものであり、エキゾーストマニホールドの特に弱い部分などのように温度計測センサを配置するに適さない部品には適用することができない。この発明は、温度計測センサを用いることなく、エキゾーストマニホールド、排気浄化装置など厳しい温度変化にさらされる排気系の部品の熱疲労を推測する手法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、内燃機関の排気系に設けられた部品の熱疲労を検出する装置に関し、この装置は、内燃機関の運転状態に基づいて部品の温度を推定する手段と、推定された温度の変化に基づいて前記部品の熱疲労に関する指数を求める手段と、この指数を積算する手段と、指数の積算値が予め定めたしきい値を越えるとき、警告を発生する手段と、を備える。
【０００５】
この発明によると、内燃機関の運転状態に基づいて部品の温度が推定され、この温度の変化に基づいて部品の熱疲労に関する指数が求められるので、温度センサを用いることなく、部品の熱疲労を検出することができる。
【０００６】
この発明の一形態（請求項２）では、温度を推定する手段は、内燃機関の運転状態に基づいて内燃機関の出口における排気ガスの温度を算出し、排気ガスの温度に基づいて部品の温度を算出する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態による内燃機関（以下、「エンジン」という）およびその制御装置の全体的なシステム構成図である。
【０００８】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）５は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース５ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ５ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ５ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース５ｄを備えている。メモリ５ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。この発明を実現するためのプログラム、および該プログラムの実行の際に用いるデータおよびテーブルは、このＲＯＭに格納されている。ＲＯＭは、ＥＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ５ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。
【０００９】
エンジン１は、たとえば４気筒を備えるエンジンである。吸気管２が、エンジン１に連結されている。吸気管２の上流側にはスロットル弁３が設けられている。スロットル弁３にはスロットル弁開度センサ（θＴＨ）４が設けられている。
【００１０】
燃料噴射装置（インジェクタ）６は、エンジン１とスロットル弁３の間であって、吸気管２の吸気弁（図示せず）の少し上流側に各気筒毎に設けられている。燃料噴射装置６は、燃料ポンプ（図示せず）に接続され、該燃料ポンプを介して燃料タンク（図示せず）から燃料の供給を受ける。燃料噴射装置６は、ＥＣＵ５からの制御信号に従って駆動される。
【００１１】
吸気管圧力（Ｐｂ）センサ８および吸気温（Ｔａ）センサ９は、吸気管２のスロットル弁３の下流側に設けられている。Ｐｂセンサ８およびＴａセンサ９によって検出された吸気管圧力Ｐｂおよび吸気温Ｔａは、それぞれＥＣＵ５に送られる。
【００１２】
回転数（Ｎｅ）センサ１３は、エンジン１のカム軸またはクランク軸（共に図示せず）周辺に取り付けられる。Ｎｅセンサ１３は、たとえばピストンのＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力されるＴＤＣ信号パルスの周期よりも短いクランク角度（たとえば、３０度）の周期で、ＣＲＫ信号パルスを出力する。ＣＲＫ信号パルスは、ＥＣＵ５によってカウントされ、エンジン回転数Ｎｅが検出される。
【００１３】
エンジン１の下流側には排気管１４が連結されている。個々のシリンダからの排気管１４はエキゾーストマニホールド（排気多岐管）で一つにまとめられ、排気浄化装置１５に導かれる。
【００１４】
広域空燃比センサ（ＬＡＦ）センサ１６は、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比領域において、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出する。検出された酸素濃度は、ＥＣＵ５に送られる。
【００１５】
ＥＣＵ５に向けて送られた信号は入力インターフェース５ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ５ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ５ｃに格納されているプログラムに従って処理し、車両各部のアクチュエータに送るための制御信号を作り出す。出力インターフェース５ｄは、これらの制御信号を、燃料噴射装置６その他の機械要素のアクチュエータに送る。
【００１６】
この発明は、エキゾーストマニホールド、排気浄化装置など高温にさらされる排気系の部品の熱疲労を推測する。一実施形態では、この発明は、ＥＣＵ５のＲＯＭに格納されているプログラムによって実現される。
【００１７】
まず、エキゾーストマニホールドその他の排気系部品の最も熱疲労に弱い部分（最弱部）の温度を、図２に示すプロセスによって推定する。エンジン回転数NEおよび吸気管圧力PBを前述のようにして検出する（S101）。NE、PBに基づいてエンジンの運転状態を判断し、アイドル状態であれば（S103）、アイドル時の排ガス温度として予め定めた値、たとえば400℃を適用する（S105）。燃料カット時であれば（S107）、燃料カット時の排ガス温度として予め定めた値、たとえば300℃を適用する（S109）。
【００１８】
アイドル状態でも燃料カット状態でもないときは、予めROMに格納されているマップを参照して、エンジンのシリンダ出口の排ガス温度を求める（S111）。このマップは、エンジンの運転状態を示すパラメータであるNEおよびPBとエンジン出口の排ガス温度との関係を実験で求めて作成される。今回の処理サイクルにおいてマップから求められる排ガス温度をT(i)で表し、これをなました（スムージングした）値の今回値をTg(i)で表すと、これらの関係は次の式で表される。
【００１９】
Tg(i) = C × T(i) + (1-C)Tg(i-1)          (1)
ここで、Cはなまし係数(smoothing coefficient)であり、たとえば0.3である。
【００２０】
アイドル状態または燃料カット状態にあるときは、T(i)の値は、上述のステップS105またはS109で与えられる。
【００２１】
次にステップS115に進み、エキゾーストマニホールドその他の排気系部品の最弱部の壁面温度Twの今回値Tw(i)を次の式により算出する。
【００２２】
Tw(i) = Tw(i-1) + a(Tg(i) − Tw(i-1)) + b(Ta − Tw(i-1))    (2)
ここで、Taは、対象となる部品近傍の外気温度である。aおよびbは、定数であり、たとえば、それぞれ0.002および0.021である。
【００２３】
次に図３を参照して、排気系部品の熱疲労を検出するプロセスを説明する。まず、温度上昇を示すフラグF_10の前回の値をフラグF_20として保存する（S201）。図２を参照して説明したプロセスにより排気系部品の温度Twを求め（S203）、Twの今回値が前回値以上であるかどうかを判断し（S205）、前回値以上であれば、前回値を越えているかどうかを判断し（S209）、越えていれば温度上昇を示すフラグF_10を１にセットする（S213）。越えていないとき、すなわち前回値と今回値とが等しいときは、ステップS201で保存した前回のフラグの値をフラグF_10にセットする（S211）。ステップS205で、Twの今回値が前回値未満であるときは、フラグF_10に０をセットする（S207）。
【００２４】
ステップS215において、温度上昇フラグの今回の値F_10が前回の値F_20に等しいかどうか判断され、等しいときは処理を抜ける。等しくないときは、前回の値F_20が１で、今回の値F_10が０であるかどうか判断され、そうであるときは、温度がピークに達したことを意味するから、このときの部品温度Tw(i)を極大値Max_Twに設定する（S219）。ステップS217の判断がNoのとき、すなわち、前回のフラグ値F_20が０で今回のフラグ値F_10が１であるときは、部品温度が極小値から上昇を始めたことを意味するので、このときのTw(i)を極小値Min_Twに設定する（S221）。
【００２５】
ステップS223で、部品温度の極大値と極小値の差ΔTを求める。図４を参照すると、排気系部品の推定温度を示す曲線が示されている。ステップS223では、図４のAA、BBなどの温度差を求める。図４のCCは、エンジンが停止され温度が常温近くに下がったときの温度差である。
【００２６】
部品の熱疲労は、温度の変化が大きいときに強く現れるので、温度差に応じて熱疲労の指数を求める。図５は、そのような指数と温度差との関係を示す図であり、具体的には、実験的に求めた関係をテーブルの形でECU5のROMに格納している。ステップS225でこのテーブルを参照して温度差から疲労指数Pを求める。温度差が、たとえば摂氏200度未満のときは、熱疲労が小さいので、指数Pは０とし、200度以上のときに指数Pを有意な値とする。なお、最大温度がより高い場合には、温度差が同じであっても、指数Pをより大きく設定するようにしてもよい。ステップS227で、この指数を前回の積算値に加算して今回の積算値Sを求める。Sが所定値以下のとき（S229）は、プロセスを抜け、Sが所定値を超えると、部品の熱疲労を示す警告を発生する（S231）。警告は、典型的には、運転席のパネルに設けられた警告灯（MIL）を点灯させることにより発せられる。
【００２７】
以上にこの発明を具体的な実施例について説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】この発明が適用されるエンジンの全体的な構成を示す図。
【図２】この発明の一実施例における排気系部品の温度を推定するプロセスのフローチャート。
【図３】この発明の一実施例における熱疲労検出のプロセスを示すフローチャート。
【図４】部品の推定温度の挙動を示す図。
【図５】温度変化と熱疲労指数Pとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
５      電子制御ユニット（ECU）
S203    部品温度推定ステップ
S227    積算ステップ
S229    判定ステップ
【図１】
2007085183.tif 000003
【図２】
2007085183.tif 000004
【図３】
2007085183.tif 000005
【図４】
2007085183.tif 000006
【図５】
2007085183.tif 000007