(57)【要約】【課題】  適合が困難な場合や適合が困難な領域でも精度良く適合された時定数を利用可能な、さらにはエンジンの加速側と減速側とで排気系部品の温度に対する安全性を高める或いは両立させることが可能な排気系部品の温度推定装置を提供する。【解決手段】  エンジン５０の排気系部品の温度変化または温度を推定するためのＥＣＵ１Ａであって、エンジン５０の運転条件の変化に応じた排気系部品の温度変化を推定するにあたって利用する時定数ｔａｕを、エンジン５０の吸入空気量ｇａを変数とした累乗関数、または対数関数で定義した時定数モデルｔａｕｍｄｌを備える。時定数モデルｔａｕｍｄｌが累乗関数または対数関数の場合には、外挿域でも時定数ｔａｕの適合が可能になる。【選択図】  図３
2009191706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系部品の温度変化または温度を推定するための排気系部品の温度推定装置であって、
前記エンジンの運転条件の変化に応じた前記排気系部品の温度変化を推定するにあたって利用する時定数を、前記エンジンの吸入空気量を変数とした累乗関数、または対数関数で定義した時定数モデルを備えることを特徴とする排気系部品の温度推定装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気系部品の温度推定装置であって、
前記時定数モデルを前記エンジンの加速側と減速側とについてそれぞれ備えることを特徴とする排気系部品の温度推定装置。
【請求項３】
請求項１記載の排気系部品の温度推定装置であって、
前記時定数モデルを前記エンジンの加速側と減速側とについてそれぞれ作成するとともに、作成した加速側の時定数モデルと、減速側の時定数モデルとの重み平均をとったものを時定数モデルとして備えることを特徴とする排気系部品の温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気系部品の温度推定装置に関し、特にエンジンの運転条件の変化に応じた排気系部品の温度変化を推定するにあたって、時定数を利用する排気系部品の温度推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気系部品（例えば触媒やセンサなど）の温度はエンジンの運転条件の変化に応じて変化し、具体的には排気温度と相関関係を有する運転条件（例えばスロットル開度や点火時期）を入力としてステップ状に変化させたときに、一次遅れで過渡的に変化することが知られている。この点、エンジンの運転条件は変化した後、これに応じて排気系部品の温度が変化し、収束温度に達する前にさらに変化するのが通常である。このため排気系部品の温度変化（または温度）を精度良く推定するにあたっては、過渡的な変化を把握する必要があり、また一次遅れ系として過渡的な変化を把握するためには、エンジンの運転条件に応じた排気系部品の収束温度と時定数とを必要とする。
【０００３】
これに対して、エンジンの運転条件に応じて時定数を設定したマップデータを予め準備し、このマップデータに基づく時定数を利用することで、排気系部品の温度を推定する技術が例えば特許文献１で開示されている。またこのほか本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３７９２１号公報
【特許文献２】特開２００５−２３３０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のようなマップデータを作成する場合などにおいて時定数を決定する際には、まず排気温度と相関関係を有するエンジンの運転条件を入力としてステップ状に変化させ、そのときの排気系部品の温度変化から時定数を読み取ることになる。しかしながら、排気系部品の収束温度は実際には安定しないことがある。
【０００６】
図７は入力をステップ状に変化させたときの排気系部品の温度変化を一例としてグラフで示す図である。例えば排気系部品の温度変化が小さい場合には、図７に示すように収束温度が安定しないことがある。そしてこのように収束温度が安定しない場合には収束温度を正しく読み取ることが難しくなり、この結果、時定数を読み違えてしまうという問題があった。
また例えばエンジンの運転状態が高回転である場合には理論空燃比で運転できる領域が狭く、十分なステップ範囲を確保できないため、時定数のばらつきが大きくなるという問題もあった。
【０００７】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、適合が困難な場合や適合が困難な領域でも精度良く適合された時定数を利用可能な、さらにはエンジンの加速側と減速側とで排気系部品の温度に対する安全性を高める或いは両立させることが可能な排気系部品の温度推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明はエンジンの排気系部品の温度変化または温度を推定するための排気系部品の温度推定装置であって、前記エンジンの運転条件の変化に応じた前記排気系部品の温度変化を推定するにあたって利用する時定数を、前記エンジンの吸入空気量を変数とした累乗関数、または対数関数で定義した時定数モデルを備えることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は前記時定数モデルを前記エンジンの加速側と減速側とについてそれぞれ備える構成であってもよい。
【００１０】
また本発明は前記時定数モデルを前記エンジンの加速側と減速側とについてそれぞれ作成するとともに、作成した加速側の時定数モデルと、減速側の時定数モデルとの重み平均をとったものを時定数モデルとして備える構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、適合が困難な場合や適合が困難な領域でも精度良く適合された時定数を利用可能な、さらにはエンジンの加速側と減速側とで排気系部品の温度に対する安全性を高める或いは両立させることが可能な排気系部品の温度推定装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａで実現された本実施例に係る排気系部品の温度推定装置（以下、単に温度推定装置と称す）を関連する各構成とともに模式的に示す図である。吸気系１０は吸気に含まれる塵芥等を除去するためのエアクリーナ１１や、吸入空気量Ｇａを計測するためのエアフロメータ１２や、吸入空気量Ｇａを調節するためのスロットル弁１３や、吸気をエンジン５０の各気筒に分配するインテークマニホールド１４などを有して構成されている。エンジン５０には吸気系１０を介して空気が導入される。エンジン５０に導入される空気は図示しない燃料噴射弁から噴射された燃料と混合される。エンジン５０は混合気の燃焼により出力を発生する。燃焼により発生したガスは排気ガスとしてエンジン５０から排気系２０に排気される。排気系２０は各気筒からの排気を合流させるエキゾーストマニホールド２１や、排気を浄化するための触媒２２や、排気空燃比を検出するための空燃比センサ２３および酸素センサ２４などを有して構成されている。
【００１４】
ＥＣＵ１ＡはＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４などからなるマイコンや入出力回路５、６などを有して構成されている。ＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４および入出力回路５、６は互いにバス７で接続されている。ＥＣＵ１Ａにはエアフロメータ１２や、空燃比センサ２３や、酸素センサ２４や、エンジン回転数ＮＥを検出するために用いられるクランク角センサ５１や、冷却水温ＴＨＷを検出するための水温センサ５２などの各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。またＥＣＵ１Ａには図示しない燃料噴射弁などが制御対象として電気的に接続されている。
【００１５】
ＲＯＭ３はＣＰＵ２が実行する処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＲＯＭ３にはエンジン５０の運転条件に応じて排気系部品の収束温度が設定された収束温度のマップデータ（以下、収束温度マップと称す）が予め格納されている。またＲＯＭ３には後述するようにして作成された時定数モデルｔａｕｍｄｌが予め格納されている。なお、収束温度マップや時定数モデルｔａｕｍｄｌは異なる排気系部品毎にそれぞれ備えてよい。
【００１６】
ＣＰＵ２はＲＯＭ３に格納されたプログラムに基づき、排気系部品（例えば触媒２１）の温度変化を推定する処理を実行する。具体的にはＣＰＵ２はエンジン５０の運転条件および吸入空気量Ｇａを検出する処理を実行し、収束温度マップを参照して検出したエンジン５０の運転条件に対応する収束温度を読み込むとともに、時定数モデルｔａｕｍｄｌを参照して検出した吸入空気量Ｇａに対応する時定数ｔａｕを読み込み、一次遅れ系として排気系部品の温度変化を推定する処理を実行する。またこのような温度変化の推定を通じて、ＥＣＵ１Ａは排気系部品の温度も推定する。
【００１７】
なお、収束温度マップに係るエンジン５０の運転条件は排気温度と相関関係を有するものであればよく、例えばエンジン回転数ＮＥ、吸入空気量Ｇａ、燃料噴射量、空燃比、冷却水温ＴＨＷ、外気温、車速（走行風による冷却効果）、点火時期等の中から選択することができる。本実施例では排気温度への影響が大きいエンジン回転数ＮＥと吸入空気量Ｇａとを収束温度マップのパラメータとして用いている。
【００１８】
次に時定数モデルｔａｕｍｄｌについて詳述する。時定数モデルｔａｕｍｄｌは吸入空気量Ｇａを変数として時定数ｔａｕを定義した累乗関数または対数関数となっている。この時定数モデルｔａｕｍｄｌの作成方法の一例を図２に示すフローチャートを用いて詳述する。時定数モデルｔａｕｍｄｌの作成にあたっては、まず時定数ｔａｕを決定するための計測条件を決定し（ステップＳ１１）、この計測条件で排気系部品につき、収束前温度Ｔ０や収束後温度（収束温度）Ｔ１などの計測を行う（ステップＳ１２）。計測条件は内燃機関５０がストイキで運転される領域で、且つ経験的に得られた知見から時定数ｔａｕの適合が容易な範囲内で、排気温度と相関関係を有する運転条件として回転数ＮＥや点火時期などを複数設定したものとなっている。
【００１９】
時定数モデルｔａｕｍｄｌを作成するにあたっては、この計測を行うと同時に、時定数モデルｔａｕｍｄｌを用いた場合の温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）を導出する（ステップＳ２１からＳ２４まで、およびステップＳ３１からＳ３４まで）。ステップＳ２１からＳ２４まででは、時定数モデルｔａｕｍｄｌとして次の数１に示す累乗モデルを用いた場合の温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）を導出する。
（数１）
ｔａｕ＝ａ×Ｇａ＾ｂ
ここでｔａｕは時定数、Ｇａは吸入空気量、ａおよびｂは係数である。なお、係数ｂは整数でなくてもよい。また、指数モデルは累乗モデルに含まれる。
【００２０】
温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）の導出にあたっては、具体的にはまず係数ａの計算水準（ｋ水準）を決定する（ステップＳ２１）。本ステップでは、異なる値の係数ａをｋ個準備する。続いて同様に係数ｂの計算水準（ｌ水準）を決定する（ステップＳ２２）。なお、これら係数ａ、ｂやｋ、ｌについては、適当な値が経験的に求められる。
【００２１】
次に係数ａ、ｂの全組み合わせに対して時定数モデルｔａｕｍｄｌを作成する（ステップＳ２３）。本ステップで時定数モデルｔａｕｍｄｌはｋ×ｌ種類作成されることになる。
続いてステップＳ１５で作成した時定数モデルｔａｕｍｄｌ毎に温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）を導出する（ステップＳ２４）。温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）は、次の数２に示す式に基づき導出される。
（数２）
ｅｓｔＴ（ｔ）＝（Ｔ１−Ｔ０）×（１−ｅｘｐ（−ｔ／ｔａｕｍｄｌ）
ここでＴ０は収束前温度、Ｔ１は収束後温度であり、これらはステップＳ１２の計測で求められる。
【００２２】
以上が時定数モデルｔａｕｍｄｌを累乗モデルとした場合の温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）の導出方法であるが、時定数モデルｔａｕｍｄｌを対数モデルとした場合の温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）の導出方法も基本的に同様である（ステップＳ３１からＳ３４まで）。但し、対数モデルとした場合の時定数モデルｔａｕｍｄｌは次の数３に示す式となる。
（数３）
ｔａｕ＝ａ×ｅｘｐ（ｂ×Ｇａ）
【００２３】
温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）を導出した後には、導出した温度予測結果ｅｓｔＴ（ｔ）毎に実温度変化との誤差ｅｒｒＴ（ｔ）を導出する（ステップＳ４１）。誤差ｅｒｒＴ（ｔ）は次の数４に示す式に基づき求められる。
（数４）
ｅｒｒＴ（ｔ）＝ｅｘｐＴ（ｔ）−ｅｓｔＴ（ｔ）
ここでｅｘｐＴ（ｔ）は実温度変化であり、ステップＳ１２の計測に基づき求められる。
最後に導出した複数の誤差ｅｒｒＴ（ｔ）のうちから、誤差ｅｒｒＴ（ｔ）が最小のものを判断し、これに対応する時定数モデルｔａｕｍｄｌを選択する（ステップＳ４２）。これにより最良の時定数モデルｔａｕｍｄｌを作成することができる。そしてＥＣＵ１Ａは、このようにして作成された時定数モデルｔａｕｍｄｌを備えている。
【００２４】
次にこのようにして作成された時定数モデルｔａｕｍｄｌの特徴についてグラフを用いて詳述する。図３は異なる時定数モデルｔａｕｍｄｌそれぞれで時定数ｔａｕの適合をした場合の結果をグラフで示す図である。このうち、図３（ａ）から図３（ｃ）までは多項式を時定数モデルｔａｕｍｄｌとした場合の結果を示しており、具体的には図３（ａ）は一次式、図３（ｂ）は二次式、図３（ｃ）は三次式をそれぞれ時定数モデルｔａｕｍｄｌとした場合の結果を示している。
また図３（ｄ）は指数関数、図３（ｅ）は累乗関数、図３（ｆ）は対数関数をそれぞれ時定数モデルｔａｕｍｄｌとした場合の結果を示しており、この例では図３（ｅ）に示す時定数モデルｔａｕｍｄｌが前述の図２に示すフローチャートに基づき最終的に選択された時定数モデルｔａｕｍｄｌとなっている。また各図において破線はマップデータの設定に基づく時定数ｔａｕを従来例として参考に示している。
【００２５】
各図の上部に示す数字は時定数ｔａｕの計測データに対する時定数モデルｔａｕｍｄｌの誤差であり、この誤差が小さいほど時定数モデルｔａｕｍｄｌが精度良く適合されたものになっているといえる。この点、時定数モデルｔａｕｍｄｌが一次式の場合には、図３（ａ）に示すように誤差がその他の場合と比較して最も大きいことがわかる。またグラフを見ても一次式ではプロットされた計測データに十分に適合できないことがわかる。
【００２６】
一方、時定数モデルｔａｕｍｄｌが二次式の場合には、図３（ｂ）に示すように誤差が一次式の場合よりも小さく、プロットされた計測データにより良く適合されたものになっていることがわかる。しかしながら、時定数ｔａｕは計測データがない外挿域ではマップデータのように適合されるべきところ、時定数モデルｔａｕｍｄｌが二次式の場合には、グラフの特性上、外挿域での適合が不安定となる。
【００２７】
時定数モデルｔａｕｍｄｌが三次式の場合には、図３（ｃ）に示すように誤差がその他の場合と比較して最も小さいことがわかる。しかしながら、時定数モデルｔａｕｍｄｌが三次式の場合も二次式の場合と同様に、グラフの特性上、外挿域での適合が不安定となる。
【００２８】
これに対して、図３（ｄ）から図３（ｆ）までに示すように、時定数モデルｔａｕｍｄｌが指数関数、累乗関数または対数関数の場合には、外挿域でも適合が可能になる。
特にこの例ではこれらのうち、図３（ｅ）に示すように時定数モデルｔａｕｍｄｌが累乗関数の場合に、誤差が最も小さくなっていることがわかる。またグラフを見てもこれらのうち、時定数モデルｔａｕｍｄｌが累乗関数の場合に、時定数モデルｔａｕｍｄｌが外挿域を含め最も良く適合したものになっていることがわかる。
このような時定数モデルｔａｕｍｄｌを備えたＥＣＵ１Ａによれば、排気系部品の温度変化または温度を推定するにあたって、適合が困難な場合や適合が困難な領域でも精度良く適合された時定数ｔａｕを利用することができる。
【実施例２】
【００２９】
本実施例に係る温度推定装置はＥＣＵ１Ｂで実現されており、ＥＣＵ１Ｂはエンジン５０の加速側と減速側とについてそれぞれ異なる時定数モデルｔａｕｍｄｌをＲＯＭ３に格納している点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。このため本実施例ではＥＣＵ１Ｂの構成については図示省略する。ここで時定数ｔａｕはエンジン５０の加速側と減速側とでそれぞれ異なる値となる。このため本実施例では、ＥＣＵ１Ｂが具体的には図４に示すような２つの時定数モデルｔａｕｍｄｌを加速側と減速側とでそれぞれ備えている。図４に示すように、時定数モデルｔａｕｍｄｌは加速側のほうが減速側よりも同じ吸入空気量Ｇａで時定数ｔａｕが小さくなるようになっている。なお、このような時定数モデルｔａｕｍｄｌは加速側と減速側とでそれぞれ時定数モデルｔａｕｍｄｌを作成するように実施例１で前述した計測条件を設定することで作成することができる。
【００３０】
このような時定数モデルｔａｕｍｄｌを加速側と減速側とについてそれぞれ備えたＥＣＵ１Ｂによれば、加速時と減速時とでそれぞれ適切な時定数モデルｔａｕｍｄｌを利用して時定数ｔａｕを得ることができるので、さらに加速側と減速側とで排気系部品の温度変化または温度をより精度良く推定できる。この点、排気系部品の温度の推定は例えば排気系部品が許容温度を超えて劣化したり故障したりすることを防止するために行われるところ、ＥＣＵ１Ｂによれば、より精度良く推定した排気系部品の温度に基づき、排気ガスの温度を低く抑制すべく例えば燃料噴射量を増量することで、排気系部品の温度に対する安全性を高めることができる。
【実施例３】
【００３１】
本実施例に係る温度推定装置はＥＣＵ１Ｃで実現されており、ＥＣＵ１Ｃは以下に示すように作成された時定数モデルｔａｕｍｄｌを代わりにＲＯＭ３に格納している点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。このため本実施例ではＥＣＵ１Ｃの構成については図示省略する。本実施例では、まず実施例１で前述したように時定数モデルｔａｕｍｄｌを加速側と減速側とについてそれぞれ作成するとともに、作成した加速側の時定数モデルｔａｕｍｄｌと、減速側の時定数モデルｔａｕｍｄｌとにそれぞれ重み係数を乗じて平均をとったもの（重み平均をとったもの）を時定数モデルｔａｕｍｄｌとし、これをＥＣＵ１Ｃに備えている。
【００３２】
図５は重み係数の一例を模式的に示す図である。重み係数は具体的には加速側重み係数と減速側重み係数との和が常に１００％になるように設定されており、本実施例ではさらに吸入空気量が小さい場合には加速側重み係数が減速側重み係数よりも小さくなるように、且つ吸入空気量Ｇａが大きい場合には加速側重み係数が減速側重み係数よりも大きくなるように設定されている。また本実施例ではさらに具体的には、吸入空気量Ｇａが０（ゼロ）のときに加速側重み係数が０％、減速側重み係数が１００％になるようにそれぞれ設定されており、また吸入空気量Ｇａが増大するに従って、加速側重み係数がリニアに増加するとともに減速側重み係数がリニアに減少するように設定されている。
【００３３】
このような重み係数で平均をとった時定数モデルｔａｕｍｄｌは図６に示すように吸入空気量Ｇａが小さい場合には、減速側の時定数モデルｔａｕｍｄｌに沿うように変化し、吸入空気量Ｇａが大きくなるにつれて次第に加速側の時定数モデルｔａｕｍｄｌに近づくように滑らかに変化し、吸入空気量Ｇａが大きい場合には、加速側の時定数モデルｔａｕｍｄｌに沿うように変化する。
【００３４】
このためこの時定数モデルｔａｕｍｄｌによれば、吸入空気量Ｇａが大きい場合には、加速側の時定数モデルｔａｕｍｄｌで得られる時定数ｔａｕと同等の時定数ｔａｕを得ることができ、これにより加速時には適切な時定数ｔａｕを利用でき、減速時でも排気系部品の温度が実際の温度よりも高く推定され易くなることから、以って排気系部品の温度に対する安全性を加速側と減速側とで両立させることができる。
また吸入空気量Ｇａが小さい場合には、減速側の時定数モデルｔａｕｍｄｌで得られる時定数ｔａｕと同等の時定数ｔａｕを得ることができ、これにより減速時には適切な時定数ｔａｕを利用でき、加速時でも排気系部品の温度が実際の温度よりも低く推定され易くなることから、全体として排気系部品の温度の推定精度も維持できる。この点、加速側重み係数と減速側重み係数の大きさが逆転する切替境界の位置は図５に示す例に限られない。
このような時定数モデルｔａｕｍｄｌを備えたＥＣＵ１Ｃによれば、一つの時定数モデルｔａｕｍｄｌであっても、さらに加速側と減速側とで排気系部品の温度に対する安全性を両立させることができる。
【００３５】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】ＥＣＵ１Ａを関連する各構成とともに模式的に示す図である。
【図２】時定数モデルｔａｕｍｄｌの作成方法の一例をフローチャートで示す図である。
【図３】異なる時定数モデルｔａｕｍｄｌそれぞれで時定数ｔａｕの適合をした場合の結果をグラフで示す図である。
【図４】ＥＣＵ１Ｂが備える加速側と減速側の２つの時定数モデルｔａｕｍｄｌをグラフで示す図である。
【図５】重み係数の一例を模式的に示す図である。
【図６】ＥＣＵ１Ｃが備える時定数モデルｔａｕｍｄｌをグラフで示す図である。
【図７】入力をステップ状に変化させたときの排気系部品の温度変化を一例としてグラフで示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  ＥＣＵ
１０  吸気系
１２  エアフロメータ
１４  インテークマニホールド
２０  排気系
２１  エキゾーストマニホールド
２２  触媒
５０  エンジン
【図１】
2009191706.tif 000003
【図２】
2009191706.tif 000004
【図３】
2009191706.tif 000005
【図４】
2009191706.tif 000006
【図５】
2009191706.tif 000007
【図６】
2009191706.tif 000008
【図７】
2009191706.tif 000009