JP2005106058A - 大気温度の間接的評価方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン制御モジュールで使用すべく設けられた入力を用いて、大気温度を間接的に評価することにある。
【解決手段】 大気温度を間接的に評価する方法およびシステム。大気温度は、ターボチャージャ空気吸入口センサからの温度入力を濾過することに基いて評価される。濾過は、実際の大気温度に対して変化するエンジン隔室温度変化を補償する段階を含んでいる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、広くは温度評価に関し、より詳しくは、大気温度センサが使用不能である場合に、エンジン制御モジュールにより大気温度を評価する方法およびシステムに関する。

圧縮点火エンジン等のエンジンは、産業用途から自動車に至るまで多くの用途に使用されている。特に自動車用の多くのエンジンは、エンジン制御モジュールを備えている。
エンジン制御モジュールは、計算を行ないかつ他のタスクを遂行するための多くの入力に準拠している。所望の計算を行なう能力は、入力源（一般にはセンサ）に故障があるか、単に、所望の計算を行なうためのいずれかの入力にちょっとした故障があっても失われてしまう。
このような状況で、エンジン制御モジュールに実際に利用できる入力が所望計算に直接関係しないものであっても、これらの入力から所望の計算が行なえる能力を備えたエンジン制御モジュールを設けることが望まれている。このような計算は、計算に直接関係する入力ではない間接入力に基くものであるため、一般に間接評価と呼ばれている。
例えば自動車製造業者は、一般に、エンジン隔室の外部の大気温度を直接検出する大気温度センサを設けることはしない。従って、エンジン制御モジュール製造業者は、エンジン制御モジュールで利用できる入力から大気温度を間接的に評価する能力を、エンジン制御モジュールに設けることを強いられている。

従って本発明の目的は、広くは、エンジン制御モジュールで使用すべく設けられた入力を用いて大気温度を間接的に評価することにある。

本発明の一実施形態は、エンジンおよびターボチャージャを備えた車両内の大気温度を間接的に評価する方法に関する。本発明の方法は、エンジン制御モジュールに入力されるプログラム可能なソフトウェアの命令に従って、エンジン制御モジュールにより実行されるのが好ましい。概して云えば、本発明は、エンジン隔室の外部の実際の大気温度を直接検出するのではなく、センサその他のエンジン隔室内の装置から大気温度を間接的に評価することに関する。

本発明の一実施形態では、ターボチャージャ空気吸入口温度センサにより検出された温度を濾過することにより大気温度を間接的に評価する方法が提供される。本発明の方法は大気温度の間接的評価と呼ばれるものである。なぜならば、ターボチャージャ吸気センサにより検出される温度は、エンジン隔室の外部に配置されて大気温度を直接検出するセンサとは異なり、大気温度に間接的に関係するものだからである。

本発明の方法は、好ましくは、検出したターボチャージャ吸気温度を濾過することにより大気温度を評価することを含んでいる。好ましくは、濾過は、実際の大気温度に対して変化するエンジン隔室温度を補償する。濾過は、一般に、温度濾過値を、検出したターボチャージャ空気吸入口温度に加えることを含み、得られる濾過値は評価大気温度である。

濾過値は、車両を駆動することによるエンジン隔室の温度変化を補償するためのエンジン速度に基いて定められ、一般にこれは、一部は、移動車両からエンジン隔室を通り、エンジン隔室を冷却する（または冷却に失敗する）空気流による。
濾過値はまた、ファン作動によるエンジン隔室の温度変化を補償するためのファン使用に基いて定められ、一般にこれは、一部は、エンジン隔室を冷却する（または冷却に失敗する）ファンによる。

本発明の方法は更に、第一濾過大気温度評価と第二濾過大気温度評価との温度差に基いて、所定の時間間隔で濾過大気温度評価を周期的に更新することを含むことが好ましい。更新は、第一濾過大気温度評価に温度更新値を加えることを含むことが好ましく、更新値は、第一濾過大気温度評価と第二濾過大気温度評価との差に等しい。

本発明の方法は、好ましくは、待機時間当りの最大パーセンテージ増大に基いて、更新大気温度評価を増大または減少させることを含む。これは、大気温度が劇的に変化する傾向にないので、瞬間的エンジン隔室温度変化が大気温度評価に過度の影響を与えないことを確保するために行なわれる。

本発明の方法は、エンジン負荷が、所定時間、エンジン負荷限度を超えた場合に、大気温度評価を凍結する段階を更に有することが好ましい。これは、ターボチャージャが高負荷状態でエンジンに関連して作動するときに生じる不適正な大気温度評価を制限するために行なわれる。好ましくは、凍結した大気温度評価は、気圧計圧力の変化に基いて増大または減少される。

本発明の一実施形態は、上記方法を実施するシステムに関する。本発明のシステムは、ターボチャージャ空気吸入口センサと、エンジン制御モジュールとを有している。エンジン制御モジュールは、ターボチャージャ空気吸入口温度に基いて大気温度を評価する、プログラム可能な命令を有している。

図１は、本発明によるエンジン制御の種々の特徴を取入れた圧縮点火内燃機関（エンジン）１０を示す斜視図である。当業者ならば理解されようが、エンジン１０は、ハイウェイトラック、建設機械、船舶および発電機等を含む広範囲の用途の機械に使用できる。
エンジン１０は、参照番号１２で全体的に示すエンジンブロック内に配置された複数のシリンダを有している。好ましい実施形態では、エンジン１０は、例えば４、６、８、１２、１６または２４気筒ディーゼルエンジンのような多気筒圧縮点火内燃機関である。

本発明はディーゼルエンジンに関連して説明するが、当業者ならば、本発明は必ずしも圧縮点火エンジンに限定されるものではなく、種々の内燃機関技術に容易に適用できることは理解されよう。

エンジン１０は、エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）１４を有している。作動時に、エンジン制御モジュール１４は種々の車両センサから信号を受けて、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに埋入された制御論理を実行する。好ましい実施形態では、エンジン制御モジュール１４は、Detroit Diesel Corporation社（Detroit、ミシガン州）から入手できるＤＤＥＣコントローラである。この制御モジュールの他の種々の特徴は、Detroit Diesel Corporation社の所有する多数の米国特許に詳細に開示されている。

図２は、全体を参照番号１６で示す関連制御システムおよびサブシステムを備えた圧縮点火エンジンの例示制御概略図である。好ましい実施形態では、エンジンブロック１２は、高出力ディーゼル燃料エンジンのような圧縮点火内燃機関に対応するものである。エンジン１２は複数のシリンダを有している。シリンダは、既知の態様で燃料供給源から加圧燃料を受入れる。エンジンブロック１２は、図示のエンジンブロック以外に、吸気および排気マニホルド、弁並びに他の標準エンジン部品を有している。

ターボチャージャ空気吸入口センサ２２を含む種々のセンサが、入力ポート１８を介して、エンジン制御モジュール１４と電気的に接続されている。エンジン制御モジュール１４は、好ましくは、データ／制御バス２８を介して種々のコンピュータ読出し可能な記憶媒体２６に接続されたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）２４を有している。コンピュータ読出し可能な記憶媒体２６は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）３２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３４、および不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）３６として機能する多数の既知のデバイスのうちの任意のもので構成できる。

コンピュータ読出し可能な記憶媒体２６には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁４０およびターボチャージャ４２を含む内燃機関の制御方法を遂行すべくエンジン制御モジュール１４により実行可能な命令が記憶されている。

プログラムの命令によりエンジン制御モジュール１４が指令を受け、車両の種々のシステムおよびサブシステムを制御し、命令はマイクロプロセッサ２４により実行される。入力ポート１８は種々のセンサから信号を受け、エンジン制御モジュール１４は、種々の車両部品に関する信号を出力ポート４６に発生する。

エンジン制御モジュール１４には、プラグ５０を介して、データ／診断／プログラミングインターフェース４８を選択的に接続し、これらの間で種々の情報を交換するように構成できる。インターフェース４８は、機器構成セッティングおよび／またはキャリブレーション変数のような、コンピュータ読出し可能な記憶媒体２６内の値を変更するのに使用できる。

当業者ならば理解されようが、制御論理は、ハードウェア、ファームウェア、またはこれらの組合せで実行できる。また、制御論理は、エンジン制御モジュール１４と協働する車両の種々の任意のシステムおよびサブシステムに加えて、エンジン制御モジュール１４により実行することもできる。また、本発明に従ってエンジンを制御するのに、任意の数の既知のプログラミング技術および処理技術またはストラテジーを使用できる。

ターボチャージャ４２は、タービン５４およびコンプレッサ５６を有している。エンジン排気ガスの圧力により、タービンが回転される。タービンは、一般に同じシャフトに取付けられているコンプレッサを駆動する。回転するコンプレッサはターボブースト圧力を発生し、このブースト圧力は、燃焼中に大きい出力を発生する。排気ガスは、エンジン１２から排気ガス通路５８を通り、入口６０でタービン５４に選択的に導かれる。

排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムは、排気ガスの定量部分を吸気マニホルド内に導入する。ＥＧＲシステムは、流入する供給燃料を希釈して燃焼温度を低下させ、窒素酸化物のレベルを低下させる。再循環させるべき排気ガスの量はＥＧＲ弁４０により制御される。本発明の実施形態は、ＥＧＲシステムを備えたエンジンまたは備えていないエンジンのいずれにも使用できることは理解されよう。

或る実施形態では、コンプレッサ５６から流入する給気を冷却するためのクーラ６２を設けるのが望ましい。同様に或る実施形態では、吸気通路７０でガスがエンジン１２に導入される前に、ＥＧＲシステムを通る流れを冷却するためのクーラ６８を設けることが望ましい。更に、エンジン制御モジュール１４は、冷却ファン７２の作動の制御およびモニタリングを行なうのにも使用できる。

図３には、例示制御構成８０が示されている。この方法は、入力されるプログラム可能なソフトウェア命令に従ってエンジン制御モジュール１４により実行されるのが好ましい。概略的に云えば、この制御は、ターボチャージャの空気吸入口温度センサ２２からエンジン制御モジュール１４に供給されるデータに基いて、大気温度を間接的に評価するものである。

この方法では、大気温度は、車両のエンジン隔室の外部の大気温度を直接的に検出するのではなく、エンジン隔室内のセンサを用いて間接的に評価できる。これにより、エンジン制御モジュール１４への入力を、他のセンサ入力を受けるのに使用することが可能になる。また、入力が既に大気温度センサに割当てられているエンジン制御モジュールでは、ソフトウェア手段を大気温度センサが故障したときのバックアップ冗長システムとすることができる。ソフトウェア評価は、新しいエンジン制御モジュールおよび販売後のエンジン制御モジュールの両方に容易にプログラムでき、大気温度センサが故障するかキャリブレーションの必要性が生じたときに任意に使用できることが好ましい。

ブロック８２は、ターボチャージャ空気吸入口温度（turbocharger air inlet temperature：ＴＣＡＩＴ）の検出に関するものである。当業者には理解されようが、これは、一般に、吸気温度検出センサ２２により行なわれる。

エンジンおよびエンジンの他の移動部品から発生した熱は、エンジン隔室の温度変化を引起こし、このため、実際の大気温度に対してエンジン隔室温度を変化させる。この変化は、ターボチャージャ吸気センサの能力を、実際の大気温度の間接的評価に首尾一貫して使用できるようにする。このような状況で、本発明は、センサ２２により検出された温度がエンジン制御モジュール１４により使用される前に、検出温度を濾過して大気温度を評価する。

ブロック８４は、ブロック８２で検出した温度を濾過することに関する。濾過は、一般に、検出したターボチャージャ空気吸入口温度に、温度濾過値を加えることに関する。濾過値は、実際の大気温度に対してエンジン隔室内のセンサの変化を引起こすエンジン隔室の温度変化に対し、センサ２２により検出した温度を補償するのが好ましい。濾過は、少なくとも、車両の作動によりエンジン隔室内に発生した熱に基いて調節を行なう手段を構成する。

ブロック８６は、一部がエンジン速度に基いた濾過値の決定に関する。エンジン速度に基いた濾過は、車両が移動する間にエンジン隔室を通る空気流により引起こされるエンジン隔室の温度変化の補償に使用される。一般に、濾過値は、エンジン制御モジュール１４のメモリ内に記憶されたルックアップテーブルまたはアルゴリズムから決定される。濾過値は、ブロック８２からの温度を上昇または低下させるパーセンテージ（％）値であるのが好ましい。

ブロック８８は、一部がファン使用に基いた濾過値の決定に関する。ファン使用に基いた濾過は、エンジンファンの作動によるエンジン隔室を通る空気流により引起こされるエンジン隔室の温度変化を補償するのに使用される。補償は、ファンの速度および使用時間に基いて行なうのが好ましい。ブロック８６からの値と同様に、ファン使用に基いた濾過値は、エンジン制御モジュール１４のメモリ内に記憶されたルックアップテーブルまたはアルゴリズムから決定される。この濾過値は、ブロック８６からのパーセンテージだけ減少された後に、ブロック８２からの温度を更に上昇または低下させるパーセンテージ値である。

ブロック９０は、評価した大気温度の出力に関する。次に、この評価は、車両またはエンジンを制御すべくエンジン制御モジュール１４により使用される。この大気温度評価は、エミッション規制条件を満たすと同時にエンジン性能を最高にすべく、エミッション制御ストラテジーを調整するのに使用するのが好ましい。かくして、ブロック９０からの温度は、濾過された大気温度評価となる。

ブロック９２は、大気温度評価を所定時間間隔で周期的に更新することに関する。更新された大気温度評価は、ブロック９０からの大気温度評価に温度更新値を加えることにより決定される。

温度更新値は、ブロック９０からの濾過された大気温度評価と、その後に同様に濾過された大気温度評価との温度差にほぼ等しい。換言すれば、温度更新値は、ブロック８２〜ブロック９０に従って評価された、第一濾過大気温度評価と第二濾過大気温度評価との温度差に等しい。更新された大気温度評価は、ブロック９０からの温度値に温度更新値を加えることにより決定される。
温度更新値は、単位重量当りの最大パーセンテージ増分に基いてブロック９０からの温度値を増大または低下させるパーセンテージ値であるのが好ましい。これは、大気温度は劇的には変化し難いため、瞬間エンジン隔室温度変化が大気温度評価に過度の影響を与えないことを確保すべく行なわれる。

ブロック９６は、エンジン負荷の決定に関する。エンジン負荷は、ターボチャージャおよびエンジンにより行なわれる仕事量を表す。一般に、負荷が大きいほど、エンジンおよびターボチャージャの温度は高くなる。ターボチャージャ空気吸入口センサは、エンジン隔室内でターボチャージャに近接して配置されているので、増大する熱が、ブロックに従って決定される評価の精度に影響を与える。当業者ならば理解されようが、エンジン負荷は図示のようにして決定されるが、ターボチャージャ負荷を使用することもできる。

ブロック９８およびブロック１００は、エンジン負荷が、所定時間、エンジン負荷限度を超えた場合に大気温度評価を凍結することに関する。これは、ターボチャージャおよびエンジンが高負荷状態で作動しているときに生じる不適正な大気温度評価を制限すべく行なわれる。

ブロック１０２、ブロック１０４およびブロック１０６は、気圧計圧力（barometric pressure）に従って、凍結された大気温度評価を更新することに関する。これは、高度とともに変化する政府エミッション規制の利益を得るため行なわれる。この更新は、ブロック１０２で、大気温度評価の凍結と近時して生じる気圧計圧力の記憶により行なわれる。次に、ブロック１０４で、気圧計圧力が所定の閾値より正または負に変化する場合には、凍結された大気温度がこれから上昇または低下される。一般に、凍結された温度は、気圧計圧力が増大すると上昇し、気圧計圧力が減少すると低下する。

上記のように、本発明は、大気温度を間接的に評価するシステムおよび方法を提供することにより、エンジン制御モジュールへの大気温度入力を行なう必要性を省略できる。本発明を実施する最良の形態について詳細に説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲に記載された本発明を実施するための種々の他の設計および実施形態を考え得るであろう。

本発明の種々の特徴を取入れた圧縮点火エンジンを示す斜視図である。 評価した大気温度に基いてエンジンを制御するエンジン制御モジュールを備えた圧縮点火エンジンの例示制御概略図である。 大気温度を検出することなく大気温度を評価するエンジン制御モジュールにより実行する例示制御構成を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１４ エンジン制御モジュール
１８ 入力ポート
２２ ターボチャージャ空気吸入口センサ
２６ コンピュータ読出し可能な記憶媒体
４０ 排気ガス再循環（ＥＧＲ）弁
４２ ターボチャージャ
４８ データ／診断／プログラミングインターフェース
６２、６８ クーラ
７２ ファン

Claims (20)

1. エンジンおよびターボチャージャを備えた車両に使用するための、大気温度を間接的に評価する方法において、
   第一ターボチャージャ空気吸入口温度を検出する段階と、
   第一ターボチャージャ空気吸入口温度を濾過して、実際の大気温度に対するエンジン隔室温度変化を補償することにより第一大気温度を間接的に評価する段階と、
   評価した第一大気温度に基いて車両を制御する段階とを有することを特徴とする方法。
2. 濾過は、実際の大気温度に対してエンジン隔室の温度変化を引起こす車両の作動を補償することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 濾過は、第一ターボチャージャ空気吸入口温度に温度濾過値を加えることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 温度濾過値は、車両を駆動することによるエンジン隔室の温度変化を補償するためのエンジン速度に基いて定められることを特徴とする請求項３載の方法。
5. 温度濾過値は更に、ファン作動によるエンジン隔室の温度変化を補償するためのファン使用時間に基いて定められることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 第一濾過大気温度評価と第二濾過大気温度評価との温度差に基いて第一濾過大気温度評価を更新する段階を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 更新は、第一濾過大気温度評価に温度更新値を加えることを含むことを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 温度更新値は、第二濾過大気温度評価が第一濾過大気温度評価より大きいときに第一濾過大気温度評価への増大を制限して、大気温度評価の不自然な増大を制限することを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 温度上昇は待機時間当りの最大パーセンテージ増大に制限され、待機時間は、第一ターボチャージャ空気吸入口温度の検出と第二ターボチャージャ空気吸入口温度の検出との間の時間に等しいことを特徴とする請求項８記載の方法。
10. エンジン負荷がエンジン負荷限度より大きいときに、更新した大気温度評価を凍結した大気温度評価として記憶して、エンジン負荷限度を超えるエンジン作動によるエンジン隔室の温度変化を補償する段階を更に有することを特徴とする請求項６記載の方法。
11. エンジン負荷が、負荷限度時間より長い時間、エンジン負荷限度より大きくなった場合にのみ、凍結した大気温度評価を記憶する段階を更に有することを特徴とする請求項１０記載の方法。
12. 気圧計圧力の変化による凍結した大気温度評価の調節に使用するための、凍結した大気温度評価を記憶することに近時して生じる検出した気圧計圧力を記憶する段階を更に有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 検出した気圧計圧力の変化を計算する段階と、検出した気圧計圧力の変化の関数として凍結した大気温度評価を更新する段階とを更に有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 凍結した大気温度を更新する段階は、気圧計圧力が上昇したときは、凍結した大気温度評価を増大させることを含み、気圧計圧力が低下したときは、凍結した大気温度評価を減少させる段階を含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 大気温度を間接的に評価することによりエンジンを制御するシステムにおいて、
    ターボチャージャ空気吸入口温度を決定する手段と、ターボチャージャ空気吸入口温度から受けたデータに基いて大気温度を評価する手段と、
    評価大気温度を濾過して、実際の大気温度を不正確に表すターボチャージャ空気吸入口温度を生じさせるエンジン隔室温度変化を補償する手段と、
    濾過された大気温度評価に基いてエンジン作動を制御する手段とを有することを特徴とするシステム。
16. 大気温度を間接的に評価することによりエンジンを制御するシステムにおいて、
    ターボチャージャ空気吸入口温度を検出するセンサと、
    ターボチャージャ空気吸入口温度に基いて大気温度を評価し、実際の大気温度を不正確に表すターボチャージャ空気吸入口温度を生じさせるエンジン隔室温度変化を補償すべく、評価大気温度を濾過し、濾過された大気温度評価に基いてエンジン作動を制御するエンジン制御モジュールとを有することを特徴とするシステム。
17. 濾過は、第一ターボチャージャ空気吸入口温度に温度濾過値を加えることを含み、濾過値は、車両を駆動することによるエンジン隔室の温度変化を補償するためのエンジン速度と、ファン作動によるエンジン隔室の温度変化を補償するためのファン運転時間との両者に基いて定められることを特徴とする請求項１６記載のシステム。
18. エンジン負荷がエンジン負荷限度より大きいときに、濾過した大気温度評価を凍結した大気温度評価として記憶して、エンジン負荷限度を超えるエンジン作動によるエンジン隔室の温度変化を補償する段階を更に有することを特徴とする請求項１６記載のシステム。
19. 凍結した大気温度評価は、変化検出した気圧計圧力に基いて更新されることを特徴とする請求項１８記載のシステム。
20. 凍結した大気温度は、気圧計圧力が増大したときは上昇し、気圧計圧力が減少したときは低下されることを特徴とする請求項１９記載の方法。

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