JP4675284B2

JP4675284B2 - 内燃機関の温度測定装置

Info

Publication number: JP4675284B2
Application number: JP2006167258A
Authority: JP
Inventors: 真服部; 賢小川; 俊成篠原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: JP2007332905A

Description

この発明は、内燃機関の温度測定装置に関する。

内燃機関の温度測定装置としては、例えば下記の特許文献１記載の技術が知られている。特許文献１記載の技術にあっては、酸化触媒付ＤＰＦ（排気後処理装置）の下流側に設置された排気温センサで検出された出ガス温度に、排気後処理装置の温度変化に対する出ガス温度変化を一次遅れとムダ時間Ｌで規定する逆伝達関数を乗じて第１のＤＰＦ温度推定値を算出する。さらに、直近の２つの出ガス温度における温度変化からムダ時間Ｌ相当の時間だけ先の出ガス温度を予測し、予測値に上記した逆伝達関数を乗じて第２のＤＰＦ温度推定値を算出する。

そして、精度が要求されるＰＭ堆積量の演算では第１のＤＰＦ温度推定値を使用すると共に、応答性が要求される過昇温防止制御では第２のＤＰＦ温度推定値を使用し、よって排気後処理装置についての制御を適切に行うように構成している。
特開２００４−２４５１０９号公報

しかしながら、上記した従来技術にあっては、第１、第２のＤＰＦ温度推定値を算出する必要があって構成が複雑になっていた。また、ムダ時間相当の時間だけ先の予測値を用いて第２のＤＰＦ温度推定値を算出しているが、温度予測は困難であって算出精度の低下を招く不都合があった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、簡易な構成でありながら、排気温度などの内燃機関の温度を精度良く測定するようにした内燃機関の温度測定装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１に係る内燃機関の温度測定装置にあっては、内燃機関に設置され、排気系の排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記検出された排気温度の時間変動分を算出する排気温度時間変動分算出手段と、前記算出された排気温度の時間変動分をフィルタ処理するフィルタ処理手段と、および前記検出された排気温度と前記フィルタ処理された温度の時間変動分に基づいて前記排気系の排気温度を算出する排気温度算出手段とを備えると共に、前記フィルタ処理手段は、前記算出された排気温度の時間変動分が減少するほど時間変動分の高周波成分に対するフィルタ出力が減少する一方、前記算出された排気温度の時間変動分が増加するほど時間変動分の低周波数成分に対するフィルタ出力が増加するようにフィルタ通過特性を変更する如く構成した。

請求項２に係る内燃機関の温度測定装置にあっては、前記フィルタ処理手段は、前記時間変動分の低周波数成分に対するフィルタ出力の重み関数を備えると共に、前記算出された排気温度の時間変動分が減少するほど前記重み関数の値が減少する一方、前記算出された排気温度の時間変動分が増加するほど前記重み関数の値が増加するように、前記重み関数を設定する如く構成した。

請求項１に係る内燃機関の温度測定装置にあっては、検出された排気温度の時間変動分を算出し、算出された排気温度の時間変動分をフィルタ処理し、それら検出された排気温度とフィルタ処理された排気温度の時間変動分に基づいて排気系の排気温度を算出すると共に、算出された排気温度の時間変動分が減少するほど、時間変動分の高周波成分に対するフィルタ出力が減少する一方、算出された温度の時間変動分が増加するほど、時間変動分の低周波数成分に対するフィルタ出力が増加するように、より具体的には、前記算出された温度の時間変動分が減少するほど、通過周波数（遮断周波数）が下がる一方、前記算出された温度の時間変動分が増加するほど、通過周波数が上がるように、フィルタ通過特性を変更する如く構成したので、簡易な構成でありながら、内燃機関の排気温度を、ノイズを除去しつつ、精度良く測定することができ、さらに、精度と応答性の向上を両立させることができる。

請求項２に係る内燃機関の温度測定装置にあっては、算出された排気温度の時間変動分が小さくなるほど重み関数の値が減少する一方、算出された排気温度の時間変動分が大きくなるほど重み関数の値が増加する如く構成したので、上記した効果に加え、精度と応答性の向上を一層両立させることができる。

即ち、排気温度の時間変動分が減少するほど、その高周波成分に対するフィルタ出力が減少するように、換言すれば、排気温度の時間変動分が減少するほど通過周波数（遮断周波数）が下がるようにフィルタ通過特性を変更することで、ノイズを除去することができ、算出される排気温度が検出された排気温度に近い値となり、検出精度が向上する。

一方、大きな時間変動は高周波側に出現することから、排気温度の時間変動分が増加するほど、その低周波数成分に対するフィルタ出力が増加するように、換言すれば、排気温度の時間変動分が増加するほど通過周波数が上がるようにフィルタ通過特性を変更することで、直近の検出温度をフィルタ出力に大きく反映させることができ、応答性を改善することができる。以上から、精度と応答性の向上を両立させることができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る内燃機関の温度測定装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の実施例に係る内燃機関の温度測定装置を模式的に示す概略図である。尚、実施例においては内燃機関の温度測定装置として、内燃機関の排気処理装置を例にとって説明する。

図１において、符号１０は４気筒の内燃機関（ディーゼルエンジン。以下「エンジン」という）を、１０ａはその本体を示す。エンジン１０において、エアクリーナ１２から吸入された吸気は吸気管１４を流れる。

吸気管１４の適宜位置にはインテークシャッタ１６が配置される。インテークシャッタ１６はバルブ１６ａとそれに接続される電動モータなどのアクチュエータ１６ｂを備え、駆動回路（図示せず）を介してアクチュエータ１６ｂが駆動されるとき、それに応じてバルブ１６ａが閉鎖方向に駆動されて吸気管１４の開度を絞り方向に調整し、そこを通過する吸気量を減少させる。

吸気管１４を流れる空気はその下流の吸気マニホルド２０を通ってそれぞれの気筒に至り、吸気バルブ（図示せず）が開弁すると共に、ピストン（図示せず）が下降するとき、燃焼室（図示せず）に吸入される。吸入された空気はピストンが上昇するとき圧縮されて高温となる。

燃料タンク（図示せず）に貯留された燃料（軽油）はポンプおよびコモンレール（共に図示せず）を介してそれぞれの気筒の燃焼室を臨む位置に配置されたインジェクタ２２に供給され、インジェクタ２２が駆動回路（図示せず）を介して駆動（開弁）されるとき、燃焼室に噴射され、圧縮されて高温となった吸入空気に触れて自然着火して燃焼する。それによってピストンは下方に駆動された後、再び上昇し、排気バルブ（図示せず）が開弁するとき、排気（排ガス）を排気マニホルド（排気系）２４に排出する。排気は、次いでその下流の排気管（排気系）２６を流れる。

排気管２６には、吸気管１４に接続されるＥＧＲ管３０が設けられると共に、ＥＧＲ管３０にはＥＧＲバルブ３０ａが設けられる。ＥＧＲバルブ３０ａは駆動回路（図示せず）を介して作動させられるとき、ＥＧＲ管３０を開放して排気の一部を吸気系に還流させる。

また、排気管２６において、ＥＧＲ管３０の接続位置の下流にはターボチャージャ（図に「Ｔ／Ｃ」と示す）３２のタービン（図示せず）が設けられ、排気によって回転させられ、それに機械的に接続されたコンプレッサ３２ａを駆動し、エアクリーナ１２から吸入される空気を過給する。

排気管２６において、ターボチャージャ３２の配置位置の下流には、白金などからなる酸化触媒装置（図に「ＣＡＴ」と示す）３４が配置される。酸化触媒装置３４は、排気中の未燃ＨＣを酸化して除去する。

酸化触媒装置３４の下流にはＤＰＦ（Diesel Particulate Filter。フィルタ）３６が配置され、排気中の微粒子物質（Particulate）を捕集する。ＤＰＦ３６はセラミック製のハニカムフィルタからなり、その内部には上流側端部が閉塞されて下流側端部が開放された排気通路と、上流側端部が開放されて下流側端部が閉塞された排気通路とが交互に配列されると共に、隣接する通路間には１０μｍ程度の孔径の多くの孔が穿設された多孔質の壁面が形成され、排気中の微粒子物質をその孔で捕集する。

排気はＤＰＦ３６を通った後、サイレンサ、テールパイプなど（全て図示せず）を流れてエンジン１０の外部に放出される。

エンジン１０のクランク軸（図示せず）の付近には複数組の電磁ピックアップからなるクランク角センサ４０が配置され、気筒判別信号を出力すると共に、４気筒のそれぞれのＴＤＣあるいはその付近でＴＤＣ信号を出力し、さらに所定クランク角度ごとにクランク角度信号を出力する。

さらに、エンジン１０の冷却水通路（図示せず）の付近には水温センサ４２が配置され、エンジン冷却水温ＴＷに応じた信号を出力すると共に、吸気管１４においてエアクリーナ１２の付近には吸気温度センサ４４が配置され、エンジン１０に吸入される吸気の温度に応じた信号を出力する。

また、エンジン１０が搭載される車両の運転席（図示せず）の床面に配置されたアクセルペダル４６の付近にはアクセル開度センサ５０が配置され、アクセル開度θＡＰに応じた信号を出力すると共に、車輪（図示せず）の適宜位置には車輪速センサ５２が配置され、車輪の所定角度当たりの回転ごとに信号を出力する。

また、エンジン１０の排気系において、ターボチャージャ３２の下流で酸化触媒装置３４の上流の適宜位置には第１の排気温度センサ５４が配置され、酸化触媒装置３４の上流側の排気温度に応じた出力Ｔｓ１を生じると共に、酸化触媒装置３４の下流でＤＰＦ３６の直前には第２の排気温度センサ５６が配置され、ＤＰＦ３６の上流側の排気温度に応じた出力Ｔｓ２を生じる。第１、第２の排気温度センサ５４，５６は、具体的には、電気抵抗を利用したサーミスタからなる。

さらに、ＤＰＦ３６には差圧センサ６０が配置され、ＤＰＦ３６に流入する排気の圧力とＤＰＦ３６から流出する排気の圧力の差圧ＰＤＩＦに応じた出力を生じる。

上記したセンサ群の出力は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）６２に送られる。

ＥＣＵ６２はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよび入出力回路からなるマイクロコンピュータから構成される。ＥＣＵ６２は、センサ群の出力の中、クランク角センサ４０から出力されるクランク角度信号をカウンタでカウントしてエンジン回転数ＮＥを検出（算出）すると共に、車輪速センサ５２の出力をカウンタでカウントして車速を検出する。

ＥＣＵ６２は、ＤＰＦ３６の再生が必要と判断されるとき、エンジン回転数ＮＥと通常の燃料噴射量Ｑとからポスト噴射の基本噴射量を算出すると共に、第１、第２の排気温度センサ５４，５６の出力Ｔｓ１，Ｔｓ２から検出された排気温度からその補正量を算出する。

次いでＥＣＵ６２は、エンジン１０が低、中負荷にあるとき、爆発行程から排気行程に移行した付近において基本噴射量を補正して得た噴射量に相当する燃料をポスト噴射する。噴射された燃料は排気系を流れ、酸化触媒装置３４に至って酸化反応（燃焼）を生じる。燃焼によって加熱された排気は下流のＤＰＦ３６に流れ、そこに堆積されていた微粒子物質を除去し、ＤＰＦ３６を再生する。

上記を前提としてこの実施例に係る内燃機関の温度測定装置を説明する。

図１に示す如く、ＥＣＵ６２は排気温度推定演算ブロック６２ａを備える。排気温度推定ブロック６２ａは、排気系の温度を測定する第１、第２の排気温度センサ５４，５６の出力Ｔｓから推定排気温度Ｔｅｘ’（排気温度Ｔｅｘを精度良く近似する推定温度）を推定演算（温度測定）する。第１、第２の排気温度センサ５４，５６が検出する温度は共に排気温度であることから、以下ではそれらの出力を単にＴｓと総称する。

図２は、排気温度推定演算ブロック６２ａの処理を詳細に示すブロック図である。

第１の排気温度センサ５４（あるいは第２の排気温度センサ５６）の出力（検出された温度）Ｔｓは所定時間Δｔごとに時間変動分算出ブロック６２ａ１に入力され、そこで図示の式に従って時間変動分（時間変動値）ｄＴｓが算出される。尚、この明細書でｔ、Δｔは離散系のサンプル番号を表わし、ｔは今回値、即ち、今回入力あるいは検出された値を、（ｔ−Δｔ）はΔｔ前に入力あるいは検出された値、即ち、前回値を示す。Δｔは具体的には、０．１ｓｅｃである。

算出された時間変動分ｄＴｓには排気温度と関わらない変動成分も含まれることから、それを除去するため、算出された時間変動分ｄＴｓは低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）６２ａ２に入力される。

低域通過フィルタ６２ａ２の通過特性パラメータＣは、パラメータ設定ブロック６２ａ３で設定される。パラメータ設定ブロック６２ａ３においては、図示のフィルタ特性関数に基づき、時間変動分ｄＴｓの二乗の逆正接（arc tangent）を求めると共に、それに定数ｐを乗じることでパラメータＣが算出される。

フィルタ特性関数はより具体的には、算出された時間変動分ｄＴｓの値が増加するほど、パラメータＣの値が増加する、逆にいえば、算出された時間変動分ｄＴｓの値が減少するほど、パラメータＣの値が減少するような特性を持つ関数からなり、図示の逆正接はその一例である。尚、定数ｐは、０．１とする。

低域通過フィルタ６２ａ２においては、算出（設定）されたパラメータＣを用い、図示の式に従って出力が算出される。即ち、低域通過フィルタ６２ａ２においては、時間変動分ｄＴｓの今回値とＣの積と、時間変動分ｄＴｓの前回値と（１−Ｃ）の積とを加算して出力が算出、より具体的にはパラメータＣを重みとしつつ、時間変動分の今回値と前回値の加重平均を求めることで出力が算出される。

低域通過フィルタ６２ａ２の出力は増幅ブロック６２ａ４に送られ、そこで適宜な倍率で増幅される。ただし、この実施例では増幅率は１倍とする。

増幅ブロック６２ａ４の出力ｄＴｓ（ｆｉｌｔｅｒ）は加算ブロック６２ａ５に入力され、そこで第１の排気温度センサ５４（あるいは第２の排気温度センサ５６）の出力Ｔｓに補正分として加算され、その和が推定排気温度Ｔｅｘ’として出力（温度測定）される。

図３および図４は、図２に示す排気温度推定演算（温度測定）を検証するために発明者達が行ったシミュレーション結果を示すグラフである。

図３および４に、排気温度センサ出力Ｔｓと真の排気温度Ｔｅｘを示す。第１、第２の温度センサ５４，５６は熱容量を持つために熱応答遅れが生じ、真の排気温度Ｔｅｘが急変した場合、排気温度センサ出力Ｔｓは、応答性良くその変動に追従することができない。

そこで、図２の構成においてパラメータＣを固定値、即ち、排気温度センサ出力Ｔｓの時間変動分ｄＴｓの大きさに関わらず、一定値に設定した場合の加算ブロック６２ａ５の出力を、図３に符号Ｔｅｘｆｈ，Ｔｅｘｆｌで示す。符号ＴｅｘｆｈはパラメータＣを高い一定値に設定した場合、Ｔｅｘｆｌは低い一定値に設定した場合を示す。

図３から明らかな如く、温度変化の少ない領域ｔａ，ｔｃでは応答性よりも精度を重視してＴｅｘｆｌを用いる一方、温度変化の大きい領域ｔｂでは精度よりも応答性を重視してＴｅｘｆｈを用いるのが望ましい。しかしながら、領域ｔｃでは真の排気温度Ｔｅｘは未だ緩やかに上昇を続けており、温度変化補正を重視しないＴｅｘｆｌは、真の排気温度Ｔｅｘに対して誤差を生じている。このように、温度変化の大きい領域ｔｂと小さい過渡領域ｔａ，ｔｃにおいては、精度と応答性を両立させない限り、誤差が避けられない。

そこで、この実施例においては、前記した如く、パラメータＣの値が温度の時間変動分ｄＴｓが大きいときは大きく、小さいときは小さくなるようにフィルタ特性関数を設定した。図４に、それによって得られる排気温度推定値を符号Ｔｅｘ’で示す。

この実施例は上記の如く構成したので、温度の時間的変動分の多寡の判別を要することなく、排気温度の変化が大きい領域ｔｂにおける排気温度推定の応答性と、排気温度変化が小さい領域ｔａ，ｔｃにおける排気温度の推定精度を両立させることができ、さらに領域ｔｃのような変化が過渡的な場合において排気温度を一層精度良く推定することができる。

即ち、パラメータ設定ブロック６２ａ３で設定されるパラメータＣは、温度の時間変動分ｄＴｓが大きくなるにつれて増加するように設定されると共に、低域通過フィルタ６２ａ２においてフィルタ出力は、そのパラメータＣを重みとしつつ時間変動分の今回値と前回値の加重平均値を求めることで算出される。より具体的には、フィルタ出力は、温度の時間変動分の今回値とＣの積と前回値と（１−Ｃ）の積を加算して算出される。

従って、温度の時間変動分ｄＴｓが大きいときはフィルタ出力が大きくなる、換言すれば、温度の時間変動分ｄＴｓが増加するほど温度の時間変動分ｄＴｓの低周波数成分に対するフィルタ出力が増加するように、別言すれば、フィルタ出力による補正分が増加するように構成されることから、推定排気温度Ｔｅｘ’の応答性を改善することができる。

即ち、大きな時間変動は高周波側に出現することから、温度の時間変動分が増加するほど通過周波数が上がるようにフィルタ通過特性を変更することで、直近の検出温度をフィルタ出力に大きく反映させることができ、応答性を改善することができる。

他方、温度の時間変動分ｄＴｓが小さいときは、算出された温度の時間変動分ｄＴｓが減少するほど、温度の時間変動分ｄＴｓの高周波成分に対するフィルタ出力が減少するように、換言すればフィルタ出力が減少して補正分が減少するように構成されることから、推定排気温度Ｔｅｘ’はセンサ出力Ｔｓに近い値となって精度が向上する。

即ち、温度の時間変動分が減少するほど通過周波数（遮断周波数）が下がるようにフィルタ通過特性を変更するように構成されることで、ノイズを除去でき、算出される温度は検出された温度に近い値となって検出精度が向上する。

このように、この実施例に係る内燃機関（エンジン）１０の温度測定装置にあっては、内燃機関（エンジン）１０に設置され、排気系の排気温度（より具体的には温度センサ５４，５６の出力）Ｔｓを検出する排気温度検出手段（第１、第２の排気温度センサ５４，５６）と、前記検出された排気温度Ｔｓの時間変動分ｄＴｓを算出する排気温度時間変動分算出手段（排気温度推定演算ブロック６２ａ、時間変動分算出ブロック６２ａ１）、前記算出された排気温度の時間変動分ｄＴｓをフィルタ処理するフィルタ処理手段（排気温度推定演算ブロック６２ａ、低域通過フィルタ６２ａ２、パラメータ設定ブロック６２ａ３）と、および前記検出された排気温度Ｔｓと前記フィルタ処理された排気温度の時間変動分ｄＴｓに基づいて前記排気系の排気温度を算出する排気温度算出手段（排気温度推定演算ブロック６２ａ、増幅ブロック６２ａ４、加算ブロック６２ａ５）とを備えると共に、前記フィルタ処理手段は、前記算出された排気温度の時間変動分ｄＴｓが減少するほど時間変動分ｄＴｓの高周波成分に対するフィルタ出力が減少する一方、前記算出された排気温度の時間変動分ｄＴｓが増加するほど時間変動分ｄＴｓの低周波数成分に対するフィルタ出力が増加するように、より具体的には、前記算出された温度の時間変動分ｄＴｓが小さくなるほど、通過周波数（遮断周波数）が下がる一方、前記算出された温度の時間変動分ｄＴｓが大きくなるほど、通過周波数が上がるように、フィルタ通過特性（通過特性パラメータＣ）を変更する如く構成した。これにより、簡易な構成でありながら、排気温度などのエンジン１０の温度を、ノイズを除去しつつ、精度良く測定することができる。また、精度と応答性の向上を両立させることができる。

また、予測値を用いないため、予測誤差に起因する推定誤差を生じることがない。さらに、かく測定された温度を用いることで、内燃機関の全ての運転モードにおいて常に最適な制御を行うことを可能とする。

より具体的には、前記フィルタ処理手段は、前記時間変動分ｄＴｓの低周波数成分に対するフィルタ出力の重み関数（通過特性パラメータＣ）を備えると共に、前記算出された排気温度の時間変動分ｄＴｓが減少するほど前記重み関数Ｃの値が減少する一方、前記算出された排気温度の時間変動分ｄＴｓが増加するほど前記重み関数Ｃの値が増加するように、前記重み関数Ｃを設定する如く構成した。これにより、上記した効果に加え、精度と応答性の向上を一層両立させることができる。

尚、上記において、図２のパラメータ設定ブロック６２ａ３で使用されるフィルタ特性関数としてarc tangent（逆正接）関数を用いたが、それに限定されるものではない。フィルタ特性関数は、温度の時間変動分ｄＴｓが増加するほど増加する、あるいは減少するほど減少するような特性、即ち、単調増加特性を持つ関数であれば、どのようなものでも良い。

また、内燃機関の排気系に設置された第１、第２の排気温度センサ５４，５６からなる２個の温度センサの出力から設置部位の温度をそれぞれ推定演算（測定）するようにしたが、１個の排気温度センサの出力に基づいて温度を推定演算（測定）する場合にも妥当する。排気系の構成も、図１に示したものに限られるものではない。

また、内燃機関の温度として排気温度を測定する場合を例にとったが、この発明はそれに限られるものではなく、吸気系の温度を測定する場合にも適用可能である。

さらに、内燃機関としてディーゼルエンジンを用いると共に、その温度を測定する場合を例にとったが、この発明はガソリンエンジンの温度を測定する場合であっても良く、さらには内燃機関と電動機を備えたハイブリッド型の温度を測定する場合であっても良い。

尚、上記において、この発明を車両用の内燃機関を例にとって説明したが、この発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶用推進機関用の内燃機関にも適用が可能である。

この発明の実施例に係る内燃機関の温度測定装置を排気処理装置を例にとって模式的に示す概略図である。図１に示すＥＣＵの排気温度推定演算ブロックの処理を詳細に示すブロック図である。図２に示す排気温度推定演算を検証するために発明者達が行ったシミュレーション結果を示すグラフである。同様に、図２に示す排気温度推定演算を検証するために発明者達が行ったシミュレーション結果を示すグラフである。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン（内燃機関。エンジン）、５４第１の排気温度センサ、５６第２の排気温度センサ、６２ＥＣＵ（電子制御ユニット）、６２ａ排気温度推定演算ブロック、６２ａ１時間変動分算出ブロック、６２ａ２低域通過フィルタ、６２ａ３パラメータ設定ブロック、６２ａ４増幅ブロック、６２ａ５加算ブロック

Claims

内燃機関に設置され、排気系の排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記検出された排気温度の時間変動分を算出する排気温度時間変動分算出手段と、前記算出された排気温度の時間変動分をフィルタ処理するフィルタ処理手段と、および前記検出された排気温度と前記フィルタ処理された排気温度の時間変動分に基づいて前記排気系の排気温度を算出する排気温度算出手段とを備えると共に、前記フィルタ処理手段は、前記算出された排気温度の時間変動分が減少するほど時間変動分の高周波成分に対するフィルタ出力が減少する一方、前記算出された排気温度の時間変動分が増加するほど時間変動分の低周波数成分に対するフィルタ出力が増加するようにフィルタ通過特性を変更することを特徴とする内燃機関の温度測定装置。
前記フィルタ処理手段は、前記時間変動分の低周波数成分に対するフィルタ出力の重み関数を備えると共に、前記算出された排気温度の時間変動分が減少するほど前記重み関数の値が減少する一方、前記算出された排気温度の時間変動分が増加するほど前記重み関数の値が増加するように、前記重み関数を設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の温度測定装置。