JP2001091370A - 流体温度推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば過渡的に温度が急変する場合に温度セ
ンサの応答遅れがあったとしても、流体の実際の温度を
正確に推定できるようにする。 【解決手段】 温度センサ３１が、流速が変化する流体
の温度を検出するとともに、流速推定手段５２が流体の
流速を推定する。そして、温度補正手段５３を、流速推
定手段５２により推定された流速に応じて温度センサ出
力を補正するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の温度を推定
する流体温度推定装置に関し、特に流速が変化する流体
の温度を推定するのに用いて好適の、流体温度推定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば車両に搭載されるエン
ジンには、吸入空気の温度や排ガス再循環装置（ＥＧＲ
装置）により再循環させる排ガスの温度等を計測すべく
温度センサが取り付けられており、これらの温度センサ
からの出力値をそのまま用いて吸入吸気量や排ガス再循
環量（ＥＧＲ量）等を算出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の技術のように温度センサからの出力値をその
まま用いるのでは、例えば加減速時のように過渡的に温
度が急変する場合には、温度センサの応答遅れのため
に、現時点における実際の正確な流体の温度を得るのは
難しい。

【０００４】例えば、加速時のように温度センサよりも
高温の流体（ガス，空気）が流れてくる場合には、実際
の流体の温度は高温であるにもかかわらず、温度センサ
の出力値は低いままであり、現時点における流体の温度
を正確に検出することができない。一方、減速時のよう
に温度センサよりも低温の流体（ガス，空気）が流れて
くる場合には実際の流体の温度は低温であるにもかかわ
らず、温度センサの出力値は高いままであり、現時点に
おける流体の温度を正確に検出することができない。

【０００５】また、例えばこれらの温度センサからの出
力値を用いてＥＧＲ量，吸入空気量等の算出を行なった
としても、温度センサの出力値は現時点における流体
（ガス，空気）の正確な温度を示していないため、ＥＧ
Ｒ量，吸入空気量等として正確な算出値は得られない。
さらに、これらの算出値を基にして空気過剰率制御を行
なったとしても、精度の良い制御を行なうことはできな
い。

【０００６】これを排ガスの面から見ると、温度上昇に
対する温度センサの応答遅れの場合、例えば加速時のよ
うに温度センサよりも高温の流体が急激に流れてくる場
合には、この温度センサからの出力値を用いて算出され
た空気過剰率λを用いると実際の空気過剰率λは小さく
なってしまうため、スモークが増大することになる。一
方、温度下降に対する温度センサの応答遅れの場合、例
えば減速時のように温度センサよりも低温の流体が急激
に流れてくる場合には、この温度センサからの出力値を
用いて算出された空気過剰率λを用いると実際の空気過
剰率λが大きくなってしまうため、ＮＯ_X が増大するこ
とになる。このように、温度センサの応答遅れがある
と、排ガス特性を向上させうるような精度良い制御を行
なうのは難しい。

【０００７】上述のように、温度センサの応答遅れのた
めに現時点における実際の正確な流体の温度を得るのは
難しいため、実際の正確な温度が得られるように、温度
センサの出力値に対して補正を加えることが行なわれて
いる。このような技術として、例えば特開平５−１７１
９８４号公報に開示された技術がある。この技術では、
空気重量流量測定に用いられる温度検出方法であって、
動特性を改良するために算出した温度値に補正値を印加
するようにしている。しかし、この技術では、伝達関数
の決定のために近似せざるを得ないので、これが精度上
不利になる。また、この技術では、ガス流速に関する応
答遅れの補正については考慮していない。

【０００８】また、例えば特開平７−１７４０４３号公
報には、吸気温センサが内燃機関からの熱伝導による温
度上昇の影響を受けて、高精度に吸気温度計測ができな
いことを改善するために、検出された吸気温度を適切に
補正して高精度な吸気温度を得るようにした技術が開示
されている。しかし、この技術では、あくまでも定常で
の値がそのまま使用できると考えており、吸気温センサ
の応答遅れそのものを考慮していない。

【０００９】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、例えば過渡的に温度が急変する場合等に温度
センサの応答遅れがあったとしても、流体の実際の温度
を正確に推定できるようにした、流体温度推定装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の流体温度推定装置では、温度センサによって
流速が変化する流体の温度が検出されるとともに、流速
推定手段によって流体の流速が推定される。そして、温
度補正手段によって、流速推定手段により推定された流
速に応じて温度センサ出力が補正される。

【００１１】請求項２記載の本発明の流体温度推定装置
では、温度補正手段によって、流速推定手段により推定
された流速が増大するにつれて補正量が小さくなるよう
な特性に基づいて、温度センサ出力が温度センサ出力の
変化度合に応じて補正される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。本発明の一実施形態にかかる
流体温度推定装置について、図１〜図７を参照しながら
説明する。本実施形態にかかる内燃機関は、図２に示す
ように、ディーゼルエンジン（筒内噴射型内燃機関）１
として構成される。

【００１３】このディーゼルエンジン１は、その燃焼室
２に吸気通路３及び排気通路４が接続されており、吸気
通路３と燃焼室２とが吸気弁５によって連通制御され、
排気通路４と燃焼室２とが排気弁６によって連通制御さ
れるようになっている。また、燃焼室２に臨むように燃
料噴射ノズル７も配設されており、この燃料噴射ノズル
７には燃料噴射ポンプから図示しないラックアクチュエ
ータにより制御されるラックの作動位置に応じた燃料が
供給されるようになっている。

【００１４】また、吸気通路３には吸気絞り弁８が介装
されている。そして、この吸気絞り弁８の開度を絞るこ
とにより、後述するＥＧＲ量を増大させることができ
る。ところで、このディーゼルエンジン１には、排気通
路４に排出された排気ガスの一部を吸気通路に再循環さ
せるためのＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）１５も設
けられている。

【００１５】このＥＧＲ装置１５は、吸気通路３と排気
通路４の上流側とを接続するように設けられた排気ガス
再循環通路（ＥＧＲ通路）１５ａと、このＥＧＲ通路１
５ａに取り付けられたＥＧＲバルブ１５ｂと、再循環さ
れる排ガスの温度を低下させるべく設けられたＥＧＲク
ーラ１５ｃとを備えて構成される。なお、本実施形態で
は、ＥＧＲバルブ１５ｂは、単なる開閉弁ではなく、そ
の開度自体を変更できるような弁である。

【００１６】このＥＧＲバルブ１５ｂはＥＧＲ用アクチ
ュエータ１６に接続されており、後述するコントローラ
５０によりＥＧＲ用アクチュエータ１６の作動が制御さ
れ、これによりＥＧＲバルブ１５ｂの開度が調整されて
吸気通路３に還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガス又
は還流ガスという）の流量が調整されるようになってい
る。

【００１７】ここで、ＥＧＲ用アクチュエータ１６は、
真空ポンプ１７によるＥＧＲバルブ１５ｂの制御室１５
ｂａ内へのバキュームの供給状態を電磁弁（ソレノイド
バルブ）１８ａ，１８ｂにより切り換えることで、その
作動位置が制御されるように構成されている。なお、Ｅ
ＧＲ用アクチュエータ１６は、このような構成のものに
限定されるものではなく、作動位置を段階的に調整でき
るようなもの（例えばステッパモータ）を用いてもよ
い。また、ＥＧＲ用アクチュエータ１６は、バキューム
の給排により作動するものに限定されるものではなく、
ＥＧＲバルブ１５ｂの開度を調整することができるもの
であれば、他の構成のものを用いてもよい。

【００１８】このＥＧＲ用アクチュエータ１６は、後述
するコントローラ（ＥＣＵ）５０に接続されており、こ
のコントローラ５０からの制御信号に基づいてその作動
が制御されるようになっている。つまり、エンジン１の
運転状態に応じたコントローラ５０からの制御信号に基
づいて、ＥＧＲ用アクチュエータ１６の電磁弁１８ａ，
１８ｂの作動が制御されるようになっている。

【００１９】このようなＥＧＲバルブ１５ｂの開度制御
を行なうべく、本実施形態にかかるエンジン１には、Ｅ
ＧＲガス温度センサ（ＥＧＲガス温度検出手段，絶対温
度センサ）３１やＥＧＲガス圧力センサ（ＥＧＲガス圧
力検出手段，絶対圧センサ）３２，３３が取り付けられ
ている。そして、これらのセンサ３１，３２，３３はコ
ントローラ５０に接続され、各センサ３１，３２，３３
からの検出信号がコントローラ５０へ送られるようにな
っている。

【００２０】これらのほかにも、エンジン１には、吸気
温センサ（吸気温度検出手段，絶対温度センサ）３４，
吸気圧センサ（吸気圧検出手段，絶対圧センサ）３５，
クランク角センサ３６等がの種々のセンサが配設されて
いる。そして、これらのセンサはコントローラ５０に接
続され、各センサからの検出信号がコントローラ５０へ
送られるようになっている。

【００２１】なお、クランク角センサ３６に基づいてエ
ンジン回転速度Ｎｅを算出しうるので、クランク角セン
サ３６を便宜上エンジン回転速度センサ（エンジン回転
速度検出手段，エンジン回転数センサ）という。また、
吸気圧センサ３５は、吸気圧、即ちエンジン１のブース
ト圧を検出するものであるため、ブースト圧センサ（ブ
ースト圧検出手段）ともいう。

【００２２】また、エンジン１の負荷を検出するための
負荷センサ３７も配設されており、この負荷センサ３７
からの検出信号もコントローラ５０へ送られるようにな
っている。この負荷センサ３７としては、図示しないア
クセルペダルの開度（又はアクセル踏込量）を検出する
アクセル開度センサ（ＡＰＳ）を用いている。なお、負
荷センサ３７は、図示しない燃料噴射ポンプのラック位
置を検出するラック位置センサを用いてもよい。

【００２３】しかし、上述のように、ＥＧＲガス温度セ
ンサ（ＥＧＲガス温度検出手段，絶対温度センサ）３１
を設け、このＥＧＲガス温度センサ３１の出力値を用い
てＥＧＲバルブ１５ｂの開度制御を行なうとしても、例
えば過渡的に温度が急変する場合には、ＥＧＲガス温度
センサ３１の応答遅れのために流体（ガス，空気）の正
確な温度を得ることができない。つまり、例えば加速時
のようにＥＧＲガス温度センサ３１の近傍の流体の温度
よりも高温の流体が流れてくる場合や例えば減速時のよ
うにＥＧＲガス温度センサ３１の近傍の流体の温度より
も低温の流体が流れてくる場合には、ＥＧＲガス温度セ
ンサ３１の応答遅れのために流体の正確な温度を得るこ
とができない。

【００２４】このため、このＥＧＲガス温度センサ３１
からの出力値を用いて空気過剰率制御を行なったとして
も、精度良い制御を行なうのは難しい。例えば、温度上
昇に対するＥＧＲガス温度センサ３１の応答遅れの場合
には、実際の空気過剰率λが小さくなってしまうため、
スモークが増大することになる。一方、温度下降に対す
るＥＧＲガス温度センサ３１の応答遅れの場合には、実
際の空気過剰率λが大きくなってしまうため、ＮＯ_X が
増大することになる。

【００２５】そこで、本実施形態では、ＥＧＲガス温度
センサ３１を実際に段階的に温度設定された高温ガス
（又は低温ガス）中へ導入した場合のＥＧＲガス温度セ
ンサ３１の応答遅れ特性を基にして、現時点での流体温
度（ガス温度）を遅れなく計測できるようにしている。
これにより、その時点の流体量（空気量，ガス量）の正
確な値を算出できるようにし、これに基づいて算出され
た正確な空気過剰率に基づいて精度良いＥＧＲ制御が行
なえるようになっている。

【００２６】すなわち、本実施形態では、温度センサ出
力を流体の流速により補正することで、現時点における
流体の実際の温度値を正確に推定し、このようにして推
定された温度値に基づいてＥＧＲ制御を行なうべく、コ
ントローラ（ＥＣＵ，電子制御コントロールユニット）
５０には、図１に示すように、ＥＧＲ量設定手段５１
と、流速推定手段５２と、温度補正手段５３と、空気過
剰率設定手段５４と、ＥＧＲ制御手段５５とが備えられ
ている。

【００２７】ここで、ＥＧＲ量設定手段５１は、ＥＧＲ
バルブ１５ｂを通過するガス量（ＥＧＲ量，ＥＧＲ重量
流量）を、ＥＧＲバルブ１５ｂの前後の圧力Ｐ１，Ｐ２
（絶対圧力）とＥＧＲバルブ１５ｂの前のガス温度Ｔ１
（絶対温度）から次のようにして求めるようになってい
る。 （ａ）ＥＧＲバルブ１５ｂの前後の差圧が小さい場合 ＥＧＲバルブ１５ｂを通過するＥＧＲ量（ＥＧＲガスの
重量流量）Ｇ_egr は、ＥＧＲバルブ１５ｂの上流のＥＧ
Ｒガスの比重量をγ１とし、ＥＧＲガスの体積流量をＱ
_egr とし、ＥＧＲバルブリフトに相応した有効開口面積
（流量係数を含む）をＡ１とし、ＥＧＲバルブ１５ｂを
通過するＥＧＲガスの流速をｖ_egr として、次式（１）
により求められる。

【００２８】 Ｇ_egr ＝γ１×Ｑ_egr ＝γ１×Ａ１×ｖ_egr ・・・（１） ここで、ＥＧＲバルブ１５ｂを通過するＥＧＲガスの流
速ｖ_egr は、ＥＧＲバルブ１５ｂの前後の圧力Ｐ１，Ｐ
２の差圧をΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２とすると、次のベルヌイの
式（２）から求められる。

【００２９】但し、重力加速度をｇとし、ＥＧＲバルブ
１５ｂの上流のＥＧＲガスの比重量をγ１〔＝Ｐ１／
（Ｒ１×Ｔ１）〕とする。なお、Ｒ１はガス定数であ
る。 ｖ_egr ＝（２ｇ×ΔＰ／γ１）^1/2 ＝〔２ｇ×ΔＰ／｛Ｐ１／（Ｒ１×Ｔ１）｝〕^1/2 ・・・（２） したがって、上述の式（１）は以下のように表される。

【００３０】Ｇ_egr ＝Ａ１×〔２ｇ×｛Ｐ１／（Ｒ１×
Ｔ１）｝×ΔＰ〕^1/2 （ｂ）ＥＧＲバルブ１５ｂの前後の差圧が大きい場合 ＥＧＲバルブ１５ｂを通過するＥＧＲ量Ｇ_egr は、ＥＧ
Ｒバルブリフトに相応した有効開口面積（流量係数を含
む）をＡ１とし、ＥＧＲバルブ１５ｂを通過するＥＧＲ
ガスの流速をｖ_egr とし、ＥＧＲバルブ１５ｂの上流の
ＥＧＲガスの比重量をγ１〔＝Ｐ１／（Ｒ１×Ｔ１）〕
として、次式（４）により算出される。なお、κはガス
の比熱比であり、Ｒ１はガス定数である。

【００３１】また、ＥＧＲバルブ１５ｂ部分を絞り（ノ
ズル）と見なすと、ＥＧＲバルブ１５ｂを通過するＥＧ
Ｒガスの流速ｖ_egr は、圧縮性流体のノズルの式（３）
から求められる。 ｖ_egr ＝〔２ｇ×｛κ／（κ−１）｝×Ｒ１×Ｔ１ ×｛１−（Ｐ２／Ｐ１)^{(κ−１）／κ}｝〕 ・・・（３） Ｇ_egr ＝γ１×Ａ１×ｖ_egr ＝Ａ１×〔２ｇ×｛κ／（κ−１）｝×Ｐ１／（Ｒ１×Ｔ１）^1/2 ×｛１−（Ｐ２／Ｐ１)^{(κ−１）／κ}｝〕 ・・・（４） なお、上述の（ａ), (ｂ）のいずれの場合も、ＥＧＲバ
ルブ１５ｂを通過するＥＧＲガスの流量ｖ_egr は、ガス
温度の平方根に逆比例する。したがって、温度計測誤差
がＥＧＲ量に影響を及ぼす程度は、温度計測誤差の１／
２である。

【００３２】ところで、流速推定手段５２は、ＥＧＲ量
設定手段５１により設定されたＥＧＲ量Ｇ_egr に基づい
てＥＧＲガスの流速ｖ_egr を推定するものである。ここ
では、流速推定手段５２は、ＥＧＲガスの重量流量をＧ
_egr とし、ＥＧＲバルブリフトに相応した有効開口面積
（流量係数を含む）をＡ１とし、ＥＧＲバルブ１５ｂの
上流のガスの比重量をγ１として、次式（５）によりＥ
ＧＲバルブを通過するＥＧＲガスの流速ｖ_egr を推定す
るものである。

【００３３】 ｖ_egr ＝Ｇ_egr ／（Ａ１×γ１） ・・・（５） ここで、比重量γ１は、ＥＧＲガス温度センサ３１によ
り検出された温度値をＴ１とし、ＥＧＲガス圧力センサ
３２により検出された圧力値をＰ１とし、ガス定数をＲ
１として、次式（６）により表される。 γ１＝Ｐ１／（Ｒ１×Ｔ１） ・・・（６） このため、上述の式（５）は、次式（７）により表せ
る。

【００３４】 ｖ_egr ＝Ｇ_egr ／〔Ａ１×Ｐ１／（Ｒ１×Ｔ１）〕 ・・・（７） つまり、ＥＧＲガスの流速ｖ_egr は、ＥＧＲ量設定手段
５１で求められたＥＧＲガスの重量流量Ｇ_egr と、ＥＧ
Ｒバルブ１５ｂの開度から算出される有効開口面積（流
量係数を含む）Ａ１と、ＥＧＲガス圧力センサ３２によ
り検出された圧力値Ｐ１と、ＥＧＲガス温度センサ３１
により検出された温度値Ｔ１と、ガス定数Ｒ１とから算
出される。

【００３５】温度補正手段５３は、所定時間Δｔの温度
勾配θに応じた温度差ΔΘを求め、この温度差ΔΘに基
づいて実際のＥＧＲガスの温度Ｔ_gas を推定するもので
ある。ここでは、温度補正手段５３は、流速推定手段５
２により推定されたＥＧＲバルブ１５ｂを通過するＥＧ
Ｒガスの流速ｖ_egr に基づいて温度差ΔΘを求めるよう
になっている。

【００３６】ところで、ＥＧＲガス温度センサ３１によ
り計測される温度値の変化特性は、以下に示すようにな
る。ここでは、ＥＧＲガス温度センサ３１を流体中に投
げ入れることは、ＥＧＲガス温度センサ３１を固定した
場合に急にこの温度の流体が流れてくることと同じであ
ると考える。まず、温度上昇時、即ちＥＧＲガス温度セ
ンサ３１の近傍の流体の温度よりも高温の流体が流れて
くる時の温度センサ出力の変化特性は、図３（Ａ),
(Ｂ）に示すようになる。

【００３７】図３中、Ａは、室温（ＲＴ）から５７３Ｋ
（３００℃）の流体中にＥＧＲガス温度センサ３１を投
げ入れたときの温度センサ出力例を示している。図３
中、Ｂは、室温（ＲＴ）から４７３Ｋ（２００℃）の流
体中にＥＧＲガス温度センサ３１を投げ入れたときの温
度センサ出力例を示している。図３中、Ｃは、室温（Ｒ
Ｔ）から３７３Ｋ（１００℃）の流体中にＥＧＲガス温
度センサ３１を投げ入れたときの温度センサ出力例を示
している。

【００３８】図３中、Ｄは、３７３Ｋ（１００℃）から
６７３Ｋ（４００℃）の流体中にＥＧＲガス温度センサ
３１を投げ入れたときの温度センサ出力例を示してい
る。図３中、Ｅは、３７３Ｋ（１００℃）から５７３Ｋ
（３００℃）の流体中にＥＧＲガス温度センサ３１を投
げ入れたときの温度センサ出力例を示している。図３
中、Ｆは、３７３Ｋ（１００℃）から４７３Ｋ（２００
℃）の流体中にＥＧＲガス温度センサ３１を投げ入れた
ときの温度センサ出力例を示している。

【００３９】一方、温度下降時、即ちＥＧＲガス温度セ
ンサ３１の近傍の流体の温度よりも低温の流体が流れて
くる時の温度センサ出力の変化特性は、図４に示すよう
になる。図４中、Ｇは、初期温度５７３Ｋ（３００℃）
から３７３Ｋ（１００℃）の流体中にＥＧＲガス温度セ
ンサ３１を投げ入れたときの温度センサ出力例を示して
いる。

【００４０】図４中、Ｈは、初期温度５７３Ｋ（３００
℃）から室温（ＲＴ）の流体中にＥＧＲガス温度センサ
３１を投げ入れたときの温度センサ出力例を示してい
る。このように、温度上昇時及び温度下降時のいずれの
場合も、センサ初期温度（例えばＡ，Ｂ，Ｃの場合のＲ
Ｔ）と流体温度との温度差（ΔΘ）が大きければ大きい
ほど、単位経過時間（Δｔ）に対する温度変化量（Δ
Ｔ）の比（図示ＲＴからの傾き：温度勾配と称する）θ
＝ΔＴ／Δｔは大きくなるという特性がある。このよう
な温度勾配θと温度差ΔΘとの間の特性は、図５に示す
ようになる。

【００４１】このような温度勾配θと温度差ΔΘとの間
の特性は、ガス流速ｖ_egr の影響を受ける。つまり、図
５に示すように、ガス流速が大きい場合は、熱伝達率も
大きくなるので、同じ温度差ΔΘでも温度勾配（比）θ
は大きくなる。逆に、ガス流速が小さい場合は、熱伝達
率が小さくなるので、同じ温度差ΔΘでも温度勾配
（比）θは小さくなる。

【００４２】このため、図５に示すような温度勾配θと
温度差ΔΘとの間の特性マップをガス流速をパラメータ
として予め用意しておき、このマップを用いて温度勾配
θから温度差ΔΘを求めるようにしている。このため、
温度補正手段５３は、温度上昇時は、所定時間（Δｔ
０）における温度変化ΔＴ０から求められた温度勾配θ
０と、ＥＧＲ通路（管路）１５ａ内のＥＧＲガスの流速
ｖ_egr とから、図５に示すようなマップにより温度差Δ
Θ０を求め、この温度差ΔΘ０と、所定時間Δｔ０前の
センサ温度Ｔ０とから、次式（８）により現時点におけ
る実際のＥＧＲガスの温度Ｔ_gas を推定するようになっ
ている。

【００４３】 Ｔ_gas ＝ΔΘ０＋Ｔ０ ・・・（８） これによれば、常に次の時間間隔において別の温度勾配
θが求まり、それに対する温度差ΔΘが決まるので、刻
々、ガス流速ｖ_egr に応じてＥＧＲガスの現時点での温
度を推定していくことができる。一方、温度下降時は、
図５に示すような特性図をそのまま用いて温度を推定す
ることができる。

【００４４】ここでは、温度下降時には温度勾配θ０は
負値になるので、まずθ０の符号の判別を行ない、負の
時は温度勾配θ０の絶対値をとり、これに基づいて図５
により温度差ΔΘを求めると、次式（９）のような関係
が成り立つ。 −ΔΘ＝Ｔ_gas −Ｔ０ ・・・（９） このため、この温度差ΔΘ０と、所定時間Δｔ０前のセ
ンサ温度Ｔ０とから、次式（１０）により現時点におけ
る実際のＥＧＲガスの温度Ｔ_gas を推定するようになっ
ている。

【００４５】 Ｔ_gas ＝Ｔ０−ΔΘ ・・・（１０） このようにして実際のＥＧＲガスの温度Ｔ_gas が推定さ
れ、このようにして推定された実際のＥＧＲガスの温度
Ｔ_gas に基づいて、ＥＧＲ量設定手段５１によりＥＧＲ
量Ｇ_egr が設定される。ＥＧＲ量設定手段５１は、ＥＧ
Ｒバルブ１５ｂの前後の圧力Ｐ１，Ｐ２（絶対圧力）
と、ＥＧＲバルブ１５ｂの前のガス温度（絶対温度）Ｔ
１とから温度補正手段５３により補正されて算出された
補正温度値Ｔ１′を用いて、ＥＧＲバルブ１５ｂを通過
するガス量（ＥＧＲ量，ＥＧＲ重量流量）Ｇ_egr を算出
し、これをＥＧＲ量（ＥＧＲ重量流量）として設定する
ようになっている。なお、具体的な算出方法は、上述の
ガス温度（絶対温度）Ｔ１を用いてＥＧＲ量Ｇ_egr を算
出する場合と同様であるため、ここではその説明を省略
する。

【００４６】空気過剰率設定手段５４は、ＥＧＲ量設定
手段５１により設定されたＥＧＲ量Ｇ_egr に基づいて、
空気過剰率λを算出するものである。ここでは、ＥＧＲ
量設定手段５１により設定されたＥＧＲ量Ｇ_egr を用い
て、まず吸入空気量Ｇ_a を算出し、この吸入空気量Ｇ_a
から空気過剰率λを算出するようになっている。

【００４７】まず、吸入空気量Ｇ_a は、以下のようにし
て算出される。ここでは、ＥＧＲガスを導入し、吸入新
気とＥＧＲガスとを混合しているため、筒内に導入され
るガス量Ｇ_cyl は、吸入新気量をＧ_a とし、ＥＧＲ量を
Ｇ_egrとして、次式（１１）により算出される。 Ｇ_cyl ＝Ｇ_a ＋Ｇ_egr ・・・（１１） ここでは、筒内に導入されるガス量Ｇ_cyl は、インマニ
温度（絶対温度）Ｔ_{ma ni}，インマニ圧（絶対圧）Ｐ_mani
で定義された体積効率ηｖを用いて、次式（１２）によ
り算出される。

【００４８】 Ｇ_cyl ＝〔Ｎｅ×Ｖｈ×γ_mani（Ｐ_mani，Ｔ_mani）×ηｖ〕／１２０ ・・・（１２） ここで、エンジン回転速度をＮｅとし、エンジン行程容
積をＶｈとし、インマニ内の空気の比重量（ｋｇ／
ｍ³ ）をγ_mani（Ｐ_mani，Ｔ_mani）とする。比重量γ
_mani（Ｐ_mani，Ｔ_mani）は、インマニ圧力（絶対圧）を
Ｐ_maniとし、インマニ温度（絶対温度）をＴ_maniとし
て、次式（１３）により表される。なお、ガス定数をＲ
３〔ｋｇ・ｍ／（ｋｇ・Ｋ）〕とする。

【００４９】 γ_mani＝Ｐ_mani／（Ｒ３×Ｔ_mani） ・・・（１３） 体積効率ηｖは、インマニ温度Ｔ_maniによって変化する
ため、温度変化にかかわらず体積効率ηｖは一定として
取り扱って単にエンジン回転速度Ｎｅ，負荷に対して体
積効率ηｖを求めるのではなく、インマニ温度Ｔ_maniの
影響も取り入れ、体積効率ηｖを求める際に温度補正を
行なうようにしている。これにより、正確に求められた
体積効率ηｖを用いて吸入空気量Ｇ_a を正確に算出する
ことができるようになる。

【００５０】ここでは、基準インマニ温度をＴ_mani０と
し、この基準インマニ温度Ｔ_mani０に対する基準体積効
率をηｖ０とし、体積効率指数をｍとして、任意のイン
マニ温度Ｔ_maniに対する体積効率ηｖを、エンジン回転
速度Ｎｅ，負荷毎に、次式（１４）により求める。 ηｖ／ηｖ０＝（Ｔ_mani／Ｔ_mani０）^m ・・・（１４） 具体的には、まず対象となるエンジン１について、エン
ジン回転速度Ｎｅ，負荷毎にインマニ温度Ｔ_maniと体積
効率ηｖとの間の特性を台上試験によって求める。

【００５１】ここで、図６はインマニ温度Ｔ_maniと体積
効率ηｖとの間の特性例を示す図である。なお、図６は
所定のエンジン回転速度Ｎｅ，負荷に対する体積効率η
ｖをインマニ温度Ｔ_mani毎にプロットし、その特性を直
線で示したものである。また、インマニ温度Ｔ_maniに対
する体積効率ηｖの変化は噴射時期等にかかわらず、図
６に示すようになる。

【００５２】次に、このようなインマニ温度Ｔ_maniと体
積効率ηｖとの間の特性に基づいて、体積効率ηｖを算
出するためのマップを作成する。つまり、各エンジン回
転速度Ｎｅ，負荷毎に、基準インマニ温度Ｔ_mani０（例
えば約２５℃）に対する基準体積効率ηｖ０を台上試験
により計測し、これを基準インマニ温度Ｔ_mani０（例え
ば約２５℃）におけるエンジン回転速度Ｎｅ，負荷と基
準体積効率ηｖ０とを対応づけた基準体積効率マップを
作成する。

【００５３】また、各エンジン回転速度Ｎｅ，負荷毎
に、インマニ温度Ｔ_maniと体積効率ηｖとの関係を示す
特性を台上試験により計測し、これに基づいて各エンジ
ン回転速度Ｎｅ，負荷毎の体積効率指数ｍも求め、これ
を基準インマニ温度Ｔ_mani０（例えば約２５℃）におけ
るエンジン回転速度Ｎｅ，負荷と体積効率指数ｍとを対
応づけた体積効率指数マップを作成する。

【００５４】そして、任意のインマニ温度Ｔ_mani，エン
ジン回転速度Ｎｅ，負荷に対する体積効率ηｖを、基準
インマニ温度Ｔ_mani０（例えば約２５℃），基準体積効
率マップから求められる基準体積効率ηｖ０，体積効率
指数マップから求められる体積効率指数ｍにより算出す
るようになっている。そして、吸入空気量Ｇ_a は、この
ようにして算出された筒内に導入されるガス量（吸入
量）Ｇ_cyl と、上述のＥＧＲ量Ｇ_egr とから、上述の式
（１１）を変形した次式（１５）により算出される。

【００５５】 Ｇ_a ＝Ｇ_cyl −Ｇ_egr ・・・（１５） ここでは、エンジン行程容積Ｖｈ，ガス定数Ｒ３は定数
であり、エンジン回転速度Ｎｅ，インマニ圧Ｐ_mani，イ
ンマニ温度Ｔ_maniはそれぞれエンジン回転速度センサ３
６，吸気圧センサ３５，吸気温センサ３４により検出さ
れた検出値を用い、体積効率ηｖは上述のように予め台
上試験により求められたものを用いて吸入空気量Ｇ_a を
算出する。

【００５６】なお、ここでは、インマニ圧Ｐ_maniは絶対
圧センサにより検出される絶対圧としているため、大気
圧Ｐ_a を考慮する必要はないが、吸気圧センサ３５が絶
対圧を検出するものでない場合は、大気圧センサを別に
設け、この大気圧センサにより検出される大気圧Ｐ_a を
考慮する必要がある。次に、空気過剰率λは、上述のよ
うにして算出された吸入空気量Ｇ_a とＥＧＲ量Ｇ_egr と
から算出されるようになっている。

【００５７】ここで、空気過剰率λは、所期の出力特性
を得るための燃料噴射量（ｋｇ／ｓ）をＧｆとし、理論
上１ｋｇの燃料を完全燃焼するために必要な理論空気量
（ｋｇ／ｋｇ）をＬ０として、次式（１６）により表さ
れる。なおＥＧＲ中の残存空気量をＧ_a,e とする。 λ＝（Ｇ_a ＋Ｇ_a,e ）／（Ｌ０×Ｇｆ） ＝（Ｇ_a ＋Ｇ_egr ）／（Ｌ０×Ｇｆ）−Ｇ_egr ／Ｇ_a ・・・（１６） このうち、燃料噴射量Ｇｆは、エンジン回転速度センサ
３６により検出されたエンジン回転速度、及び負荷セン
サ３７により検出されたアクセル踏込量（アクセル開
度）等の負荷に基づいて、そのエンジン回転速度，負荷
領域での燃料噴射量マップから求めるようになってい
る。

【００５８】ＥＧＲ制御手段５５は、空気過剰率設定手
段５４により算出された空気過剰率λに基づいてＥＧＲ
バルブ１５ｂの開度を制御すべく、ＥＧＲバルブ１５ｂ
へ制御信号を出力するようになっている。これにより、
ＥＧＲバルブ１５ｂの開度が制御されて、吸気通路３内
へ再循環されるＥＧＲ量が調整される。

【００５９】本発明の一実施形態にかかる流体温度推定
装置は、上述のように構成され、この装置による温度検
出は、以下のように行なわれる。つまり、図７のフロー
チャートに示すように、まずステップＳ１０で、時刻ｔ
（ｉ），ｔ（ｉ＋１）でのＥＧＲガス温度センサ３１の
出力値Ｔ（ｉ），Ｔ（ｉ＋１）をそれぞれ読み込んで、
ステップＳ２０で、時刻ｔ（ｉ＋１）から時刻ｔ（ｉ）
を引いて時間Δｔ〔＝ｔ（ｉ＋１）−時刻ｔ（ｉ）〕を
算出する。ここでは、水温，吸気温等は、いずれも所定
周期毎（例えば５００ｍｓｅｃ毎）に検出しているた
め、所定時間Δｔは固定値（例えば５００ｍｓｅｃ）と
なる。なお、時刻ｔ（ｉ）は前回の検出周期であり、時
刻ｔ（ｉ＋１）は今回の検出周期である。

【００６０】次に、ステップＳ３０で、ＥＧＲガス温度
センサ３１の出力値Ｔ（ｉ＋１）からＥＧＲガス温度セ
ンサ３１の出力値Ｔ（ｉ）を引いて温度差ΔＴ〔＝Ｔ
（ｉ＋１）−Ｔ（ｉ）〕を算出する。そして、ステップ
Ｓ４０で、温度差ΔＴを所定時間Δｔで除算して温度勾
配θ〔＝ΔＴ／Δｔ〕を算出する。

【００６１】次に、ステップＳ５０で、温度勾配θが正
の値であるか、負の値であるかを判定する。つまり、温
度勾配θが０よりも大きいか否かを判定する。この判定
の結果、温度勾配θが０よりも大きいと判定した場合
は、ステップＳ６０へ進み、ＥＧＲガス温度センサ３１
の出力値Ｔ（ｉ）を基にＥＧＲバルブ１５ｂを通過する
ＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ）を算出し、ステップＳ７０へ進
む。

【００６２】ステップＳ７０では、ＥＧＲガスの温度計
測位置でのＥＧＲガスの流速ｖ_egr（ｉ）を次式により
算出する。 ｖ_egr （ｉ）＝Ｇ_egr （ｉ）／（Ａ１×γ１） 次いで、ステップＳ８０で、この流速ｖ_egr （ｉ）に応
じたマップから温度勾配θに基づいて温度差ΔΘを求
め、ステップＳ９０へ進み、ＥＧＲガス温度Ｔ_{ga s} を次
式により求める。

【００６３】Ｔ_gas ＝ΔΘ＋Ｔ（ｉ） 次に、ステップＳ１００で、このガス温度Ｔ_gas を使っ
てＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）を算出して、ステップＳ１
１０へ進む。ステップＳ１１０で、ＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ
＋１）からＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ）を引いた値の絶対値が
微小量εよりも小さいか否かを判定し、この判定の結
果、ＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）からＥＧＲ量Ｇ
_egr （ｉ）を引いた値の絶対値が微小量ε以上であると
判定した場合は、ステップＳ１２０へ進み、前回の検出
周期で検出されたＥＧＲガス温度センサ３１の出力値Ｔ
（ｉ）に基づいて算出されたＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ）をＥ
ＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）に更新して、ステップＳ７０へ
戻り、以降、ステップＳ７０からステップＳ１１０の処
理が繰り返される。

【００６４】これにより、最初の推定に対しては、ＥＧ
Ｒガス温度センサ３１からの出力値で決まる温度からＥ
ＧＲ量を算出して、ガス流速ｖ_egr を求めるので、精度
は劣るが、このような処理を数回繰り返すことで実際の
ガス流速ｖ_egr 及びガス温度に近い値に到達させること
ができることになる。その後、ＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋
１）からＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ）を引いた値の絶対値が微
小量εよりも小さいと判定したら、ステップＳ１３０へ
進み、この時のＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）をＥＧＲ量と
して設定する。

【００６５】そして、ステップＳ１４０で、このＥＧＲ
量Ｇ_egr （ｉ＋１）に基づいて空気過剰率λを算出し
て、リターンする。ところで、ステップＳ５０で、温度
勾配θが０以下であると判定した場合は、ステップＳ１
５０へ進み、温度勾配θの絶対値をとり、ステップＳ６
０で、温度センサ出力Ｔ（ｉ）を基にＥＧＲバルブを通
過するＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ）を算出し、ステップＳ１７
０へ進む。

【００６６】ステップＳ１７０では、温度計測位置の流
速ｖ_egr （ｉ）を次式により算出する。 ｖ_egr （ｉ）＝Ｇ_egr （ｉ）／（Ａ１×γ１） 次いで、ステップＳ１８０で、この流速ｖ_egr （ｉ）に
応じたマップから温度勾配θに基づいて温度差ΔΘを求
め、ステップＳ１９０へ進み、ＥＧＲガス温度Ｔ_gas を
次式により求める。

【００６７】Ｔ_gas ＝Ｔ（ｉ）−ΔΘ 次に、ステップＳ２００で、このＥＧＲガス温度Ｔ_gas
（ｉ＋１）を使ってＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）を算出し
て、ステップＳ２１０へ進む。ステップＳ２１０で、Ｅ
ＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）からＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ）を引
いた値の絶対値が微小量εよりも小さいか否かを判定
し、この判定の結果、ＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）からＥ
ＧＲ量Ｇ_egr （ｉ）を引いた値の絶対値が微小量ε以上
であると判定した場合は、ステップＳ２２０へ進み、前
回の検出周期で検出されたＥＧＲガス温度センサ３１の
出力値Ｔ（ｉ）に基づいて算出されたＥＧＲ量Ｇ
_egr （ｉ）をＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）に更新して、ス
テップＳ１７０へ戻り、以降、ステップＳ１７０からス
テップＳ２１０の処理が繰り返される。

【００６８】これにより、最初の推定に対しては、ＥＧ
Ｒガス温度センサ３１からの出力値で決まる温度からＥ
ＧＲ量Ｇ_egr を算出して、ガス流速ｖ_egr を求めるの
で、精度は劣るが、このような処理を数回繰り返すこと
で実際のガス流速ｖ_egr 及びガス温度に近い値に到達さ
せることができることになる。その後、ＥＧＲ量Ｇ_egr
（ｉ＋１）からＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ）を引いた値の絶対
値が微小量εよりも小さいと判定したら、ステップＳ２
３０へ進み、この時のＥＧＲ量Ｇ_egr （ｉ＋１）をＥＧ
Ｒ量として設定する。

【００６９】そして、ステップＳ２４０で、このＥＧＲ
量Ｇ_egr （ｉ＋１）に基づいて空気過剰率λを算出し
て、リターンする。したがって、本実施形態にかかる流
体温度推定装置によれば、過渡的に温度が急変する場合
にＥＧＲガス温度センサ３１自体に応答遅れがあったと
しても、流体の実際の温度を正確に推定することができ
るという利点がある。

【００７０】特に、加減速時等の過渡的な運転状態にお
ける急激な温度変化が生ずる場合であっても、ＥＧＲガ
スの実際の温度を正確に推定することができ、これによ
り、ＥＧＲ量を正確に算出することができる。このた
め、この算出値を基にして空気過剰率λの制御を行なう
ことで、精度良く、かつ応答性良く、空気過剰率制御を
行なうことができるという利点がある。

【００７１】また、ある時間でのガス温度を遅れなく計
測することができ、これにより、その時のガス量の正確
な値を算出できるため、空気過剰率λの制御によって精
度の高い排ガスの制御が可能になるという利点がある。
つまり、温度上昇に対する遅れによって、実際の空気過
剰率λが小さくなってスモークが増大するのを防止でき
る一方、温度降下に対する遅れによって、実際の空気過
剰率λが大きくなってＮＯ_X が増大するのを防止でき、
いずれにしても、排ガスの精度良い制御を行なうことが
できるという利点がある。

【００７２】また、ガス流速をパラメータとした温度勾
配θと温度差ΔΘとの関係を示すマップが、実測データ
を基に補間して作成されるため、精度をより高めること
ができるという利点がある。さらに、ガス流速に対する
応答遅れも考慮してマップを作成しているため、実際に
流れているガスの温度計測をより精度を良く行なうこと
ができる。

【００７３】また、使用するＥＧＲガス温度センサ３１
は、シース，白金側温抵抗体，サーミスタ等であり、熱
伝導による誤差は、ＥＧＲガス温度センサ３１をＥＧＲ
通路（管路）１５ａの中央に配しておけば、通常の自動
車用エンジンの管路の径を考慮するとほとんど誤差を生
じることなく、精度良く計測を行なえるという利点があ
る。

【００７４】なお、上述の実施形態では、流体温度推定
装置により検出された温度を用いて空気過剰率λを算出
し、この空気過剰率λが目標空気過剰率になるようにＥ
ＧＲバルブの開度制御を行なっているが、流体温度推定
装置により検出された温度の用途はこれに限られるもの
ではなく、例えば空気過剰率λが目標空気過剰率になる
ように吸入空気量の制御（即ちエアバイパスバルブやス
ロットルバルブの開度制御）を行なうようにしても良
い。

【００７５】また、上述の実施形態では、ＥＧＲ量の設
定に際して流速推定手段５２によりＥＧＲガスの流速を
推定し、これに基づいてＥＧＲガス温度センサ３１の出
力値を補正しているが、さらに、これと同様に、空気過
剰率設定手段５４による空気過剰率λの設定に際しても
流速推定手段により吸入空気の流速を推定し、これに基
づいて温度補正手段により吸気温センサ３４の出力値を
補正するようにしても良い。

【００７６】この場合、流速推定手段は、吸入空気量Ｇ
_a に基づいて吸入空気の流速ｖを推定するものとして構
成される。ここでは、流速推定手段は、吸入空気量をＧ
_a とし、吸入空気の体積流量をＱ _a とし、エアバイパス
バルブ（又はスロットルバルブ）のリフトに相応した有
効開口面積（流量係数を含む）をＡ３とし、エアバイパ
スバルブ（又はスロットルバルブ）上流の吸入空気の比
重量をγ３〔＝Ｐ３／（Ｒ３×Ｔ３）〕として、次式
（１７）によりエアバイパスバルブ（又はスロットルバ
ルブ）を通過する吸入空気の流速ｖ_a を推定するもので
ある。

【００７７】 ｖ_a ＝Ｇ_a ／（Ａ３×γ３） ・・・（１７） ここで、比重量γ３は、吸気温センサ３４により検出さ
れた温度値をＴ３とし、吸気圧センサ３５により検出さ
れた圧力値をＰ３とし、ガス定数をＲ３として、次式
（１８）により表される。 γ３＝Ｐ３／（Ｒ３×Ｔ３） ・・・（１８） このため、上述の式（１７）は、次式（１９）により表
せる。

【００７８】 ｖ_a ＝Ｇ_a ／〔Ａ３×Ｐ３／（Ｒ３×Ｔ３）〕 ・・・（１９） また、温度補正手段は、所定時間Δｔの温度勾配θに応
じた温度差ΔΘを求め、この温度差ΔΘに基づいて実際
の吸入空気の温度Ｔ_gas を推定するものである。ここで
は、温度補正手段は、流速推定手段により推定されたエ
アバイパスバルブ（又はスロットルバルブ）を通過する
吸入空気の流速ｖ_a に基づいて温度差ΔΘを求めるよう
になっている。なお、温度補正手段による実際の吸入空
気の温度Ｔ_gas の具体的な推定方法は、上述の実施形態
と同様であるため、ここではその説明は省略する。

【００７９】このように、空気過剰率λを算出する際に
求められる吸入空気量Ｇ_a は、上述のように体積効率η
ｖを用いて算出されるが、体積効率ηｖもインマニ温度
Ｔ_{ma ni}によって変化するが、吸入空気の流速に基づいて
吸気温センサ３４の出力値を補正するため、従来の計測
法よりもはるかにセンサの応答遅れを改善することがで
き、体積効率ηｖの見積もり精度を向上させることがで
きるという利点がある。

【００８０】また、上述の実施形態では、流体の流速ｖ
に応じて温度勾配θから温度差ΔΘを求め、この温度差
ΔΘを所定時間前の温度値に加算して流体の温度を推定
しているが、温度勾配θ、即ち温度の変化度合から補正
値を求め、この補正値を所定時間前の温度値に加算した
り、積算したりするなどして流体の温度を推定するよう
にしても良い。

【００８１】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１，２記載
の本発明の流体温度推定装置によれば、過渡的に温度が
急変する場合に温度センサ自体に応答遅れがあったとし
ても、流体の実際の温度を正確に推定することができる
という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる流体温度推定装置
の機能ブロック図を示す図である。

【図２】本発明の一実施形態にかかる流体温度推定装置
を備える内燃機関の全体構成を示す模式図である。

【図３】本発明の一実施形態にかかる流体温度推定装置
に用いられる温度センサによる計測結果の温度上昇時の
時間変化例を示す図であり（Ａ）は、室温からの温度セ
ンサ出力の時間変化例、（Ｂ）は初期温度１００℃から
の温度センサ出力の時間変化例を示している。

【図４】本発明の一実施形態にかかる流体温度推定装置
に用いられる温度センサによる計測結果の温度下降時の
時間変化例を示す図である。

【図５】本発明の一実施形態にかかる流体温度推定装置
によるガス流速をパラメータとした温度勾配θと温度差
ΔΘとの関係を示すマップである。

【図６】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の過給圧
制御装置におけるインマニ温度に対する体積効率の変化
例を示す図である。

【図７】本発明の一実施形態にかかる流体温度推定装置
による流体温度検出制御を説明するためのフローチャー
トである。

【符号の説明】

１５ｂ ＥＧＲバルブ ３１ ＥＧＲガス温度センサ ３２，３３ ＥＧＲガス圧力センサ ３４ 吸気温センサ ３５ 吸気圧センサ ３６ エンジン回転速度センサ ３７ 負荷センサ ５０ コントローラ（ＥＣＵ） ５１ ＥＧＲ量設定手段 ５２ 流速推定手段 ５３ 温度補正手段 ５４ 空気過剰率設定手段 ５５ ＥＧＲ制御手段

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F056 CL11 XA00 3G062 AA01 CA04 CA05 EA04 ED08 FA03 GA05 GA06 GA10 GA21 GA22 3G084 AA01 BA20 CA04 CA06 DA05 FA02 FA11 FA27 FA32 FA33 FA37

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流速が変化する流体の温度を検出する温
   度センサと、 該流体の流速を推定する流速推定手段と、 該流速推定手段により推定された流速に応じて該温度セ
   ンサ出力を補正する温度補正手段とを備えることを特徴
   とする、流体温度推定装置。
2. 【請求項２】 該温度補正手段が、該流速推定手段によ
   り推定された流速が増大するにつれて補正量が小さくな
   るような特性に基づいて、該温度センサ出力を該温度セ
   ンサ出力の変化度合に応じて補正するように構成される
   ことを特徴とする、請求項１記載の流体温度推定装置。