JP2013221445A - Gas temperature estimating device of internal combustion engine and failure diagnosis apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のガス温度推定装置に関し、さらに詳しくは、排気系から吸気系に還流させるEGRガスの温度を推定するガス温度推定装置、及び、温度センサの故障診断装置に関する。 The present invention relates to a gas temperature estimation device for an internal combustion engine, and more particularly to a gas temperature estimation device for estimating the temperature of EGR gas recirculated from an exhaust system to an intake system, and a failure diagnosis device for a temperature sensor.
車両等に搭載される内燃機関(以下、エンジンともいう)においては、排気エミッションの改善を目的として、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置を備えたものが知られている。このようなEGR装置は、例えば、内燃機関の排気系と吸気系とを接続するEGR通路(排気還流通路)と、このEGR通路に設けられたEGRバルブとを備え、そのEGRバルブの開度を調整することにより、排気通路からEGR通路を通じて吸気通路へ還流されるEGRガスの量(EGR量)が調整されるようになっている。こうしたEGR装置によって排気ガスの一部が吸気通路に戻されると、EGRガスにより燃焼温度が下がって燃焼室内での窒素酸化物(NOx)の生成が抑制され、排気エミッションが改善される。 2. Description of the Related Art An internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) mounted on a vehicle or the like has an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device that recirculates a part of exhaust gas to an intake system for the purpose of improving exhaust emission. It has been. Such an EGR device includes, for example, an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) connecting an exhaust system and an intake system of an internal combustion engine, and an EGR valve provided in the EGR passage, and the opening degree of the EGR valve is set. By adjusting, the amount of EGR gas recirculated from the exhaust passage to the intake passage through the EGR passage (EGR amount) is adjusted. When a part of the exhaust gas is returned to the intake passage by such an EGR device, the combustion temperature is lowered by the EGR gas, the generation of nitrogen oxide (NOx) in the combustion chamber is suppressed, and the exhaust emission is improved.
EGR装置としては、燃焼室から排気された排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド内の配管(通路)及びEGR通路を通じて吸気系に還流する方式(ヘッド内配管方式)のものがあり、また、燃焼室から排気された排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド外の配管(通路)及びEGR通路を通じて吸気系に還流する方式(ヘッド外配管方式)のものがある。 As an EGR device, there is a system (a pipe system in the head) in which a part of exhaust gas exhausted from the combustion chamber is returned to the intake system through a pipe (passage) in the cylinder head and the EGR passage from the exhaust manifold. There is a system (external head piping system) in which a part of the exhaust gas exhausted from the combustion chamber is recirculated from the exhaust manifold to the intake system through the piping (passage) outside the cylinder head and the EGR passage.
ここで、車両等に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関にあっては、燃焼状態を適正に制御するために、例えば、燃焼室に吸入される吸入空気の温度を推定する必要がある。また、EGR装置を備えた内燃機関の場合、燃焼室への吸気温度を推定する際にEGRガス温度を考慮する必要がある。このEGRガス温度を取得する方法としては、例えば、EGR通路にEGRガスセンサを配置して、そのセンサ出力から検出する方法と、EGRガス温度を推定する方法とがある。また、EGRガス温度を推定する方法としては、下記の特許文献1、2に記載のものがある。これら特許文献1、2に記載の技術では、EGRガス温度を数式(推定式)を用いて推定している。
Here, in an internal combustion engine such as a diesel engine mounted on a vehicle or the like, in order to appropriately control the combustion state, for example, it is necessary to estimate the temperature of the intake air sucked into the combustion chamber. In the case of an internal combustion engine equipped with an EGR device, it is necessary to consider the EGR gas temperature when estimating the intake air temperature to the combustion chamber. As a method of acquiring the EGR gas temperature, for example, there are a method of arranging an EGR gas sensor in the EGR passage and detecting it from the sensor output, and a method of estimating the EGR gas temperature. Moreover, as a method for estimating the EGR gas temperature, there are methods described in
ところで、EGRガス温度を推定する場合、上記した推定式あるいはマップを用いてEGRガス温度を推定しているが、これら推定式やマップは汎用化することが難しい。このため、従来では、推定式やマップをエンジンの機種毎(例えば排気量毎)に実験等によって個別に適合しており、その作業の煩雑化や高コスト化を招くものとなっていた。 By the way, when estimating the EGR gas temperature, the EGR gas temperature is estimated using the above-described estimation formula or map, but it is difficult to generalize these estimation formulas and maps. For this reason, conventionally, estimation formulas and maps are individually adapted for each engine model (for example, for each displacement) by experiments or the like, resulting in complicated operations and high costs.
本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、汎用化した推定式を用いてEGR通路入口のガス温度を推定することが可能な内燃機関のガス温度推定装置、及び、温度センサの故障診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a situation, and it is possible to estimate a gas temperature at an EGR passage inlet using a generalized estimation equation, and a temperature sensor for an internal combustion engine and a temperature sensor. An object is to provide a fault diagnosis apparatus.
−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた発明の解決原理は、燃焼室から排出される排気ガスの温度と、エキゾーストマニホールドからEGR通路入口までの放熱量とに基づいて汎用化した推定式を用いて、EGR通路入口のガス温度を推定できるようにしている。また、そのようにして推定したEGR入口ガス温度を用いて、ガス温度センサの故障診断を行うようにしている。
-Solution principle of the invention-
The solution principle of the invention devised to achieve the above object is to use a generalized estimation formula based on the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber and the amount of heat released from the exhaust manifold to the EGR passage inlet. Thus, the gas temperature at the EGR passage inlet can be estimated. Further, a failure diagnosis of the gas temperature sensor is performed using the EGR inlet gas temperature estimated as described above.
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃焼室から排出される排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド内の配管及びEGR通路を通じて吸気系に還流するEGR装置を備えた内燃機関に適用され、前記EGR通路入口のガス温度を推定するガス温度推定装置を前提している。そして、このようなガス温度推定装置において、燃焼室から排出される排気ガスの温度T4、及び、前記内燃機関の冷却水の水温を用いて、以下の式(3)によって、前記EGR通路入口のガス温度Tegrを推定することを特徴としている。
-Solution-
Specifically, the present invention is applied to an internal combustion engine including an EGR device that recirculates a part of exhaust gas discharged from a combustion chamber to an intake system through piping and an EGR passage in the cylinder head from an exhaust manifold. A gas temperature estimation device for estimating the gas temperature at the passage inlet is assumed. In such a gas temperature estimation device, the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber T4 and the temperature of the cooling water of the internal combustion engine are used to calculate the EGR passage inlet by the following equation (3). It is characterized by estimating the gas temperature Tegr.
Tegr=T4−f(T4−水温) ・・・(3)
ただし、f(T4−水温):実験またはシミュレーションにより求められた関数
この発明は、ヘッド内配管方式のEGR装置を備えた内燃機関に適用される発明であって、燃焼室から排出される排気ガスの温度T4と、エキゾーストマニホールドからEGR通路入口までの放熱量(放熱量は関数f(T4−水温)と相関)とに着目し、それら排気ガス温度T4及び関数f(T4−水温)のみを利用した推定式を用いることにより、内燃機関の機種に関係なく、EGR通路入口ガス温度を推定できるようにしている。しかも、エキゾーストマニホールドからEGR通路入口までの放熱量(放熱量は関数f(T4−水温)と相関)を見積もることにより、従来制御と比較して、EGR通路入口ガス温度を高い精度で推定できるようにしている。
Tegr = T4-f (T4-water temperature) (3)
However, f (T4-water temperature): a function obtained by experiment or simulation. The present invention is an invention applied to an internal combustion engine having an in-head piping type EGR device, and exhaust gas discharged from a combustion chamber Focusing on the temperature T4 and the amount of heat released from the exhaust manifold to the EGR passage inlet (the amount of heat released correlates with the function f (T4-water temperature)), and only the exhaust gas temperature T4 and the function f (T4-water temperature) are used. By using the estimated equation, the EGR passage inlet gas temperature can be estimated regardless of the model of the internal combustion engine. Moreover, by estimating the heat radiation amount from the exhaust manifold to the EGR passage inlet (the heat radiation amount correlates with the function f (T4-water temperature)), the EGR passage inlet gas temperature can be estimated with higher accuracy than in the conventional control. I have to.
また、本発明は、燃焼室から排出される排気ガスの一部をエキゾーストマニホールドからシリンダヘッド外の配管及びEGR通路を通じて吸気系に還流するEGR装置を備えた内燃機関に適用され、前記EGR通路入口のガス温度を推定するガス温度推定装置において、燃焼室から排出される排気ガスの温度T4及び外気温を用いて、以下の式(6)によって、前記EGR通路入口ガス温度Tegrを推定することを特徴としている。 Further, the present invention is applied to an internal combustion engine having an EGR device that recirculates a part of exhaust gas discharged from a combustion chamber to an intake system through a pipe outside the cylinder head and an EGR passage from an exhaust manifold, and the EGR passage inlet In the gas temperature estimation device for estimating the gas temperature of the EGR, the EGR passage inlet gas temperature Tegr is estimated by the following equation (6) using the temperature T4 of the exhaust gas discharged from the combustion chamber and the outside air temperature. It is a feature.
Tegr=T4−g(T4−外気温) ・・・(6)
ただし、g(T4−外気温):実験またはシミュレーションにより求められた関数
この発明は、ヘッド外配管方式のEGR装置を備えた内燃機関に適用される発明であって、燃焼室から排出される排気ガスの温度T4と、エキゾーストマニホールドからEGR通路入口までの放熱量(放熱量は関数g(T4−外気温)と相関)とに着目し、それら排気ガス温度T4及び関数g(T4−外気温)のみを利用した推定式を用いることによって、内燃機関の機種に関係なく、EGR通路入口ガス温度を推定できるようにしている。しかも、エキゾーストマニホールドからEGR通路入口までの放熱量(放熱量はg(T4−外気温)と相関)を見積もることにより、従来制御と比較して、EGR通路入口ガス温度を高い精度で推定できるようにしている。
Tegr = T4-g (T4-outside temperature) (6)
However, g (T4-outside air temperature): a function obtained by experiment or simulation. The present invention is an invention applied to an internal combustion engine equipped with an EGR device of an outside head piping system, and is exhausted from a combustion chamber. Focusing on the gas temperature T4 and the amount of heat released from the exhaust manifold to the EGR passage inlet (the amount of heat released correlates with the function g (T4-outside temperature)), the exhaust gas temperature T4 and the function g (T4-outside temperature). By using the estimation formula using only the EGR passage inlet gas temperature can be estimated regardless of the model of the internal combustion engine. Moreover, by estimating the amount of heat released from the exhaust manifold to the EGR passage inlet (the amount of heat released correlates with g (T4−outside temperature)), the EGR passage inlet gas temperature can be estimated with higher accuracy than in the conventional control. I have to.
本発明において、EGR通路入口ガス温度を測定する温度センサを備えている場合、上記式(3)または上記式(6)を用いて推定したEGR通路入口ガス温度(推定値)を利用して、上記温度センサの故障診断装置を構成してもよい。この場合、具体的には、温度センサにて検出されたEGR通路入口ガス温度の実測値と、上記式(3)または上記式(6)を用いて推定したEGR通路入口ガス温度(推定値)との温度差の絶対値を求め、その温度差の絶対値が所定の判定値(正常判定基準値)よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定するという構成を挙げることができる。 In the present invention, when a temperature sensor for measuring the EGR passage inlet gas temperature is provided, the EGR passage inlet gas temperature (estimated value) estimated using the above equation (3) or the above equation (6) is used. The temperature sensor failure diagnosis apparatus may be configured. In this case, specifically, the measured value of the EGR passage inlet gas temperature detected by the temperature sensor and the EGR passage inlet gas temperature (estimated value) estimated using the above formula (3) or the above formula (6). The absolute value of the temperature difference between the two is calculated, and if the absolute value of the temperature difference is larger than a predetermined determination value (normal determination reference value), it is determined that a failure has occurred in the temperature sensor. be able to.
本発明によれば、EGR通路入口のガス温度を推定する推定式を汎用化しているので、その推定式を作成する作業の簡略化を図ることができ、コスト低減化を達成できる。 According to the present invention, since the estimation formula for estimating the gas temperature at the EGR passage inlet is generalized, it is possible to simplify the operation for creating the estimation formula and achieve cost reduction.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態は、車両に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に、本発明を適用した場合について説明する。 In this embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on a vehicle will be described.
−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1及びその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジン1の燃焼室3及びその周辺部を示す断面図である。
-Engine configuration-
First, a schematic configuration of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
As shown in FIG. 1, the
燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、機関燃料通路27等を備えて構成されている。
The
上記サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路27を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23・・23に分配する。インジェクタ23は、その内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して燃焼室3内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
The
吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続されるインテークマニホールド63を備え、このインテークマニホールド63に吸気管64が接続されており、これら吸気ポート15a、インテークマニホールド63及び吸気管64等によって吸気通路が構成されている。この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ43、吸気温度センサ31、後述するターボチャージャ5のコンプレッサインペラ53、吸気絞り弁(ディーゼルスロットル)62などが配設されている。上記エアフローメータ43は、エアクリーナ65を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。吸気温度センサ31は、エアクリーナ65を通過した空気の温度(外気温に相当)に応じた電気信号を出力する。
The intake system 6 includes an
排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート71に接続されるエキゾーストマニホールド72を備え、このエキゾーストマニホールド72に対して、排気管73が接続されており、これら排気ポート71、エキゾーストマニホールド72及び排気管73等によって排気通路が構成されている。この排気通路には、後述するターボチャージャ5のタービンホイール52、及び、排気浄化ユニット77などが配設されている。
The exhaust system 7 includes an
排気浄化ユニット77には、NOx吸蔵還元型触媒としてのNSR触媒(排気浄化触媒)75及びDPF(Diesel Paticulate Filter)76が備えられている。なお、排気浄化ユニット77としてDPNR触媒を適用してもよい。
The
上記NSR触媒75は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(例えば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2もしくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。また、HCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。すなわち、NSR触媒75に導入される排気中の酸素濃度やHC成分を適宜調整することにより、排気中のHC、CO、NOxを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やHC成分の調整を上記インジェクタ23からの燃料噴射動作(ポスト噴射)や吸気絞り弁62の開度制御によって行うようになっている。
The
また、DPF76は、例えば多孔質セラミック構造体からなり、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるPM(Paticulate Matter:微粒子)を捕集するようになっている。また、このDPF76には、DPF再生運転時に、上記捕集したPMを酸化・燃焼するための触媒(例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒)が担持されている。
The
ここで、エンジン1の燃焼室3及びその周辺部の構成について、図2を参照して説明する。この図2に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎に円筒状のシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。
Here, the structure of the
ピストン13の頂面13aの上側には上記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部に取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ(凹陥部)13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。
The
上記ピストン13は、コネクティングロッド18によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア12内でのピストン13の往復移動がコネクティングロッド18を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。
The
また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19は、エンジン1の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
Further, a
上記シリンダヘッド15には、上記吸気ポート15a及び上記排気ポート71がそれぞれ形成されているとともに、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16及び排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。また、シリンダヘッド15には、燃焼室3の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ23が取り付けられている。このインジェクタ23は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室3の略中央上部に配設されており、上記コモンレール22から導入される燃料を燃焼室3に向けて所定のタイミングで噴射する。
The
−ターボチャージャ−
さらに、図1に示す如く、このエンジン1には、ターボチャージャ(過給機)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト51を介して連結されたタービンホイール52及びコンプレッサインペラ53を備えている。コンプレッサインペラ53は吸気管(吸気通路)64内部に臨んで配置され、タービンホイール52は排気管(排気通路)73内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ5は、タービンホイール52が受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサインペラ53を回転させ、吸気圧を高めるといった、いわゆる過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール52側に可変ノズルベーン機構(図示省略)が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。
-Turbocharger-
Further, as shown in FIG. 1, the
ターボチャージャ5のタービンホイール52はタービンハウジング52a内に収容されており、また、コンプレッサインペラ53はコンプレッサハウジング53a内に収容されている。そして、タービンホイール52、タービンハウジング52a及び可変ノズルベーン機構などによってタービン520が構成されており、また、コンプレッサインペラ53及びコンプレッサハウジング53aなどによってコンプレッサ530が構成されている。
The
吸気系6の吸気管64(コンプレッサ530の吸気流れの下流側の吸気通路)には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。
An
−EGR装置−
また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続するEGR通路(排気還流通路)80が設けられている。このEGR通路80は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによりNOx生成量を低減させるものである。また、このEGR通路80には、電子制御によって無段階に開閉され、EGR通路80を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路80を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。これらEGR通路80、EGRバルブ81、EGRクーラ82等によってEGR装置(排気還流装置)8が構成されている。なお、EGR装置8としては、上記EGRクーラ82を備えていない構成のものであってもよい。
-EGR device-
Further, the
ここで、EGR装置8としては、例えば、エンジン1の燃焼室3から排気された排気ガスの一部をエキゾーストマニホールド72からシリンダヘッド15(図2参照)外の配管(通路)及びEGR通路を通じて吸気系に還流する方式(ヘッド外配管方式)のもの(図1に示す形態のもの)と、エンジン1の燃焼室3から排気された排気ガスの一部をエキゾーストマニホールド72からシリンダヘッド15内の配管(通路)及びEGR通路を通じて吸気系に還流する方式(ヘッド内配管方式)のものとがある。
Here, as the
−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the
例えば、上記エアフローメータ43は、吸気系6内の吸気絞り弁62上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ41はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ42は吸気絞り弁62の開度を検出する。
For example, the
吸入空気温度センサ31は、ターボチャージャ5のコンプレッサ530の吸気流れの上流側に配置され、エアクリーナ65を通過した空気の温度(コンプレッサ530の入口に流入する空気の温度(外気温に相当))に応じた検出信号を出力する。
The intake
吸気圧センサ48は、インテークマニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。インマニ温度センサ(吸気温センサ)49は、インテークマニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。排気ガス温度センサ32は、燃焼室3から排出された排気ガスの温度(エキゾーストマニホールド72内の温度)温度に応じた検出信号を出力する。
The
A/F(空燃比)センサ44a,44bは、NSR触媒75の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。なお、A/Fセンサの配設位置としては、NSR触媒75の上流側のみであってもよいし、NSR触媒75の下流側のみであってもよい。排気温センサ45a,45bは、同じくNSR触媒75の上流側及び下流側にそれぞれ配設され、排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。なお、排気温センサの配設位置も、NSR触媒75の上流側のみであってもよいし、NSR触媒75の下流側のみであってもよい。
The A / F (air-fuel ratio)
−ECU−
ECU100は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。
-ECU-
The
図3に示すように、ECU100の入力回路には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44a,44b、排気温センサ45a,45b、吸気圧センサ48、インマニ温度センサ49、吸入空気温度センサ31、排気ガス温度センサ32が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40などが接続されている。
As shown in FIG. 3, the input circuit of the
一方、ECU100の出力回路には、上記サプライポンプ21、インジェクタ23、吸気絞り弁62、EGRバルブ81、及び、上記ターボチャージャ5の可変ノズルベーン機構(可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ)54が接続されている。
On the other hand, the
そして、ECU100は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ROMに記憶された各種マップに基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。
Then, the
例えば、ECU100は、インジェクタ23の燃料噴射制御として、パイロット噴射(副噴射)とメイン噴射(主噴射)とを実行する。
For example, the
上記パイロット噴射は、インジェクタ23からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。
The pilot injection is an operation for injecting a small amount of fuel in advance prior to the main injection from the
上記メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数(エンジン回転速度)、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数(クランクポジションセンサ40の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数;エンジン回転速度)が高いほど、また、アクセル操作量(アクセル開度センサ47により検出されるアクセルペダルの踏み込み量)が大きいほど(アクセル開度が大きいほど)エンジン1のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
The main injection is an injection operation (torque generation fuel supply operation) for generating torque of the
具体的な燃料噴射形態の一例としては、ピストン13が圧縮上死点に達する前に上記パイロット噴射(インジェクタ23に形成された複数の噴孔からの燃料噴射)が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て、ピストン13が圧縮上死点近傍に達した時点で上記メイン噴射が実行されることになる。これにより燃料が自己着火によって燃焼し、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン13を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ(エンジン出力となるエネルギ)、燃焼室3内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック11やシリンダヘッド15を経て外部(例えば冷却水)に放熱される熱エネルギとなる。
As an example of a specific fuel injection mode, the pilot injection (fuel injection from a plurality of injection holes formed in the injector 23) is performed before the
燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、及び、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば上記ROMに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。なお、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が30MPa〜200MPaの間で調整されるようになっている。
The fuel injection pressure when executing the fuel injection is determined by the internal pressure of the
なお、上述したパイロット噴射及びメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これらの噴射の機能は周知である。特に、ポスト噴射は、NOx還元処理、S被毒回復制御、DPF再生処理に利用される。 In addition to the pilot injection and the main injection described above, after injection and post injection are performed as necessary. The function of these injections is well known. In particular, the post injection is used for NOx reduction processing, S poison recovery control, and DPF regeneration processing.
また、ECU100は、エンジン1の運転状態に応じてEGRバルブ81の開度(開度=0(閉鎖)の場合も含む)を制御し、インテークマニホールド63に向けての排気還流量(EGR量)を調整する。このEGR量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて上記ROMに記憶されたEGRマップに従って設定される。このEGRマップは、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとしてEGR量(EGR率)を決定するためのマップである。
Further, the
また、ECU100は、後述するEGR通路入口ガス温度(以下、EGR入口温度ともいう)の推定を行う。さらに、その推定したEGR入口ガス温度に基づいて、後述するEGRガス温度センサの故障診断を行う。
Further, the
以上のECU100により実行されるプログラムによって、本発明のガス温度推定装置及び故障診断装置が実現される。
The gas temperature estimation device and the failure diagnosis device of the present invention are realized by the program executed by the
−EGR入口ガス温度−
次に、本実施形態の特徴部分である、EGR入口ガス温度を推定する手法について説明する。ここでは、上記ヘッド内配管方式のEGR装置を備えたエンジンと、ヘッド外配管方式のEGR装置を備えたエンジンとにおいて、それぞれ、EGR入口ガス温度を推定する手法について説明する。
-EGR inlet gas temperature-
Next, a method for estimating the EGR inlet gas temperature, which is a characteristic part of the present embodiment, will be described. Here, a method for estimating the EGR inlet gas temperature in each of the engine having the above-in-head piping type EGR device and the engine having the outside-head piping type EGR device will be described.
<ヘッド内配管方式>
まず、ヘッド内配管方式の場合は、図4に示すような系で考え、燃焼室3から排出される排気ガスの温度T4とし、EGR入口ガス温度Tegrとすると、エキゾーストマニホールド72からシリンダヘッド通過まで(EGR通路80の入口まで)の放熱量Qcは、以下の式(1)で表すことができる。
<Piping system in the head>
First, in the case of the in-head piping system, the system shown in FIG. 4 is considered, and the exhaust gas temperature T4 exhausted from the
Qc=EGRガス量×比熱×(T4−Tegr) ・・・(1)
ここで、放熱量QcはEGRガス量に比例し、また、排気ガス温度T4が高いほどヘッド内配管内外の温度差が大きくなるので、図5に示すように、排気ガス温度T4が高いほど放熱量Qcは増加する。なお、図5は、EGRガス量及び排気ガス温度T4と放熱量Qcとの関係を実験・シミュレーション等によって取得した結果を直線近似した近似線を描いたグラフである。
Qc = EGR gas amount × specific heat × (T4-Tegr) (1)
Here, the heat release amount Qc is proportional to the EGR gas amount, and the temperature difference between the inside and outside of the pipe in the head increases as the exhaust gas temperature T4 increases. Therefore, as shown in FIG. The amount of heat Qc increases. FIG. 5 is a graph depicting an approximate line obtained by linearly approximating a result obtained by experiment / simulation or the like regarding the relationship between the EGR gas amount and the exhaust gas temperature T4 and the heat release amount Qc.
次に、ヘッド内配管の温度を水温(エンジン冷却水温度)と定義し、その水温で単位質量あたりの放熱量Qc(図5の各近似線の傾き)を整理したところ、図6に示すように、[T4−水温]と単位質量あたりの放熱量Qc(図5の傾き=Qc/EGRガス流量)との間に相関関係があることが見出された。つまり、[T4−水温]と[放熱量Qc/EGRガス流量]との関係は、エンジン1の機種(排気量等のハード構成)に関係なく一義的に規定することが可能である、ということが判明した。そして、この図6の実線(二次曲線)を実験式化すると、以下の式(2)で表すことができる。 Next, the temperature of the piping in the head is defined as the water temperature (engine cooling water temperature), and the heat dissipation amount Qc (inclination of each approximate line in FIG. 5) per unit mass is arranged based on the water temperature, as shown in FIG. In addition, it was found that there is a correlation between [T4-water temperature] and the heat release amount Qc per unit mass (inclination in FIG. 5 = Qc / EGR gas flow rate). In other words, the relationship between [T4-water temperature] and [heat dissipation amount Qc / EGR gas flow rate] can be uniquely defined regardless of the model of engine 1 (hard configuration such as displacement). There was found. When the solid line (secondary curve) in FIG. 6 is converted into an empirical formula, it can be expressed by the following formula (2).
Qc/EGRガス量=f(T4−水温) ・・・(2)
この式(2)及び上記式(1)から、EGR入口ガス温度Tegrは、以下の式(3)で表すことができ、この式(3)によってEGR入口ガス温度Tegrの推定値を算出することができる。
Qc / EGR gas amount = f (T4−water temperature) (2)
From this equation (2) and the above equation (1), the EGR inlet gas temperature Tegr can be expressed by the following equation (3), and the estimated value of the EGR inlet gas temperature Tegr can be calculated by this equation (3). Can do.
Tegr=T4−f(T4−水温) ・・・(3)
ただし、ガス比熱は関数f(T4−水温)に含まれる。また、式(3)の関数f(T4−水温)つまり図6の二次関数は、実験またはシミュレーションによって決定される。また、この関数f(T4−水温)を含む上記式(3)はECU100のROMに記憶されている。
Tegr = T4-f (T4-water temperature) (3)
However, the gas specific heat is included in the function f (T4-water temperature). Further, the function f (T4−water temperature) of the equation (3), that is, the quadratic function of FIG. 6 is determined by experiment or simulation. Further, the above equation (3) including this function f (T4-water temperature) is stored in the ROM of the
そして、ECU100は、エンジン1の運転時において、排気ガス温度センサ32の出力信号から排気ガス温度T4を算出するとともに、水温センサ46の出力信号から水温を算出し、それら排気ガス温度T4及び水温を用いて、上記式(3)からEGR入口ガス温度Tegrを算出(推定)する。
When the
なお、排気ガス温度T4については、エンジン回転数と、エンジン回転数及びアクセル開度(踏み込み量)から定まる要求トルクとに基づいて、予め実験・シミュレーション等によって作成されたマップを参照して排気ガス温度を推定した推定値を用いてもよい。 As for the exhaust gas temperature T4, the exhaust gas is referred to a map created in advance through experiments and simulations based on the engine speed and the required torque determined from the engine speed and the accelerator opening (depression amount). You may use the estimated value which estimated temperature.
ここで、上記式(3)は、図6に示す[T4−水温]と[Qc/EGRガス流量]との関係から求めた推定式であって、排気ガス温度T4とエンジン1の水温のみでEGR入口温度Tegrを算出する式であるので、エンジン1の機種(排気量等のハード構成)に関係なく使用することが可能であって汎用性がある(実用的なEGR配管の取り回しの範囲において汎用性がある)。しかも、エキゾーストマニホールド72からEGR通路80の入口までの放熱量を見積もっているので(排気ガス温度T4から放熱量分を引き算しているので)、従来技術よりもEGR入口温度Tegrを高い精度で推定することができる。
Here, the above equation (3) is an estimation equation obtained from the relationship between [T4−water temperature] and [Qc / EGR gas flow rate] shown in FIG. 6, and is based only on the exhaust gas temperature T4 and the water temperature of the
なお、本発明の発明者らは、上記式(3)の汎用性を確認するために、多数の機種のエンジン(例えば2〜3Lの範囲で排気量が異なる多数のエンジン)について、上記式(3)を用いてEGR入口温度Tegrを推定した。また、その各機種のエンジンについて、EGR入口温度をセンサにて実測した。これらEGR入口温度Tegrの推定値と実測値との関係を図7に示す。この図7から明らかなように、EGR入口温度Tegrの推定値とEGR入口温度の実測値とがほぼ一致しており、これにより、実用的なEGR配管の取り回しの範囲では、上記式(3)を、EGR入口ガス温度を推定する汎用式として使用可能であることが確認できた。 In order to confirm the versatility of the above formula (3), the inventors of the present invention can use the above formula (for example, a large number of engines having different displacements in the range of 2 to 3 L). 3) was used to estimate the EGR inlet temperature Tegr. Moreover, the EGR inlet temperature was measured with the sensor about the engine of each model. FIG. 7 shows the relationship between the estimated value and the actually measured value of the EGR inlet temperature Tegr. As is apparent from FIG. 7, the estimated value of the EGR inlet temperature Tegr and the measured value of the EGR inlet temperature substantially coincide with each other. Thus, in the practical EGR piping range, the above formula (3) Can be used as a general-purpose equation for estimating the EGR inlet gas temperature.
<ヘッド外配管方式>
次に、ヘッド外配管方式のEGR装置について説明する。
<External piping system>
Next, an outside-head piping EGR apparatus will be described.
まず、ヘッド外配管方式の場合、図8に示すような系で考え、燃焼室3から排出される排気ガスの温度T4とし、EGR入口ガス温度Tegrとすると、エキゾーストマニホールド72からEGR通路80の入口までの放熱量Qcは、以下の式(4)で表すことができる。
First, in the case of the piping system outside the head, if the system as shown in FIG. 8 is considered and the exhaust gas temperature T4 exhausted from the
Qc=EGRガス量×比熱×(T4−Tegr) ・・・(4)
ここで、このヘッド外配管方式の場合も、上記したヘッド内配管方式の場合と同様に、放熱量QcはEGRガス量に比例し、また、排気ガス温度T4が高いほど放熱量Qcが増加する。
Qc = EGR gas amount × specific heat × (T4-Tegr) (4)
Here, also in the case of the piping system outside the head, as in the case of the piping system in the head described above, the heat radiation amount Qc is proportional to the EGR gas amount, and the heat radiation amount Qc increases as the exhaust gas temperature T4 increases. .
次に、ヘッド外配管の温度を外気温と定義し、その外気温で単位質量あたりの放熱量Qc(図5の近似線の傾きに相当)を整理したところ、図9に示すように、[T4−外気温]と単位質量あたりの放熱量Qc(傾き=Qc/EGRガス流量)との間に相関関係があることが見出された。つまり、[T4−外気温]と[放熱量Qc/EGRガス流量]との関係は、エンジン1の機種(排気量等のハード構成)に関係なく一義的に規定することが可能である、ということが判明した。そして、この図9の実線(二次曲線)を実験式化すると、以下の式(5)で表すことができる。 Next, the temperature of the pipe outside the head is defined as the outside air temperature, and the heat radiation amount Qc per unit mass (corresponding to the slope of the approximate line in FIG. 5) is arranged at the outside air temperature. As shown in FIG. It was found that there is a correlation between [T4-outside air temperature] and the heat release amount Qc per unit mass (slope = Qc / EGR gas flow rate). That is, the relationship between [T4-outside air temperature] and [heat radiation amount Qc / EGR gas flow rate] can be uniquely defined regardless of the model of engine 1 (hard configuration such as displacement). It has been found. Then, when the solid line (secondary curve) in FIG. 9 is empirically expressed, it can be expressed by the following expression (5).
Qc/EGRガス量=g(T4−外気温) ・・・(5)
この式(5)及び上記式(4)から、EGR入口ガス温度Tegrは、以下の式(6)で表すことができ、この式(6)によってEGR入口ガス温度Tegrの推定値を算出することができる。
Qc / EGR gas amount = g (T4−outside temperature) (5)
From this equation (5) and the above equation (4), the EGR inlet gas temperature Tegr can be expressed by the following equation (6), and the estimated value of the EGR inlet gas temperature Tegr can be calculated by this equation (6). Can do.
Tegr=T4−g(T4−外気温) ・・・(6)
ただし、ガス比熱は関数g(T4−外気温)に含まれる。また、式(6)の関数g(T4−外気温)つまり図9の二次関数は、実験またはシミュレーションによって決定される。また、この関数g(T4−外気温)を含む上記式(6)はECU100のROMに記憶されている。
Tegr = T4-g (T4-outside temperature) (6)
However, the gas specific heat is included in the function g (T4-outside air temperature). Further, the function g (T4−outside air temperature) in Expression (6), that is, the quadratic function in FIG. 9 is determined by experiment or simulation. Further, the above equation (6) including this function g (T4-outside air temperature) is stored in the ROM of the
そして、ECU100は、エンジン1の運転時において、排気ガス温度センサ32の出力信号から排気ガス温度T4を算出するとともに、吸入空気温度センサ31の出力信号から外気温を算出し、それら排気ガス温度T4及び外気温を用いて、上記式(6)からEGR入口ガス温度Tegrを算出(推定)する。
When the
なお、排気ガス温度T4については、エンジン回転数と、エンジン回転数及びアクセル開度(踏み込み量)から定まる要求トルクとに基づいて、予め実験・シミュレーション等によって作成されたマップを参照して排気ガス温度を推定した推定値を用いてもよい。また、外気温については、エンジンルーム内温度(エンジンコンパートメント内温度)のセンサ検出値もしくは推定値を用いるようにしてもよい。 As for the exhaust gas temperature T4, the exhaust gas is referred to a map created in advance through experiments and simulations based on the engine speed and the required torque determined from the engine speed and the accelerator opening (depression amount). You may use the estimated value which estimated temperature. As for the outside air temperature, a sensor detection value or an estimated value of the engine room internal temperature (engine compartment internal temperature) may be used.
この例においても、上記式(6)は、[T4−外気温]と[Qc/EGRガス流量]との関係から求めた推定式であって、排気ガス温度T4と外気温のみでEGR入口温度Tegrを算出する式であるので、エンジン1の機種(排気量等のハード構成)に関係なく使用することが可能であって汎用性がある(実用的なEGR配管の取り回しの範囲において汎用性がある)。しかも、エキゾーストマニホールド72からEGR通路80の入口までの放熱量を見積もっているので(排気ガス温度T4から放熱量分を引き算しているので)、従来技術よりもEGR入口温度Tegrを高い精度で推定することができる。
Also in this example, the above equation (6) is an estimation equation obtained from the relationship between [T4−outside air temperature] and [Qc / EGR gas flow rate], and the EGR inlet temperature is obtained only from the exhaust gas temperature T4 and the outside air temperature. Since it is a formula for calculating Tegr, it can be used regardless of the model of the engine 1 (hard configuration such as displacement) and is versatile (in the range of practical EGR piping) is there). Moreover, since the amount of heat released from the
なお、本発明の発明者らは、上記式(6)の汎用性を確認するために、多数の機種のエンジン(例えば2〜3Lの範囲で排気量が異なる多数のエンジン)について、上記式(6)を用いてEGR入口温度Tegrを推定した。また、その各機種のエンジンについて、EGR入口温度をセンサにて実測した。これらEGR入口温度Tegrの推定値と実測値との関係を調べたところ、上記した図7と同様な結果が得られた。これにより、実用的なEGR配管の取り回しの範囲では、上記式(6)を、EGR入口ガス温度を推定する汎用式として使用可能であることが確認できた。 In order to confirm the versatility of the above formula (6), the inventors of the present invention have described the above formula (for a large number of engines with different displacements in the range of 2 to 3 L, for example) 6) was used to estimate the EGR inlet temperature Tegr. Moreover, the EGR inlet temperature was measured with the sensor about the engine of each model. When the relationship between the estimated value of the EGR inlet temperature Tegr and the actually measured value was examined, the same result as in the above-described FIG. 7 was obtained. Thus, it was confirmed that the above formula (6) can be used as a general-purpose formula for estimating the EGR inlet gas temperature in the practical EGR piping handling range.
−EGRガス温度センサ故障診断−
以上のように、本実施形態にあっては、EGRガス入口温度を推定することが可能であるので、EGRガス温度センサを備えている場合、そのEGRガス温度センサの故障診断を行うことができる。
-EGR gas temperature sensor fault diagnosis-
As described above, according to the present embodiment, the EGR gas inlet temperature can be estimated. Therefore, when the EGR gas temperature sensor is provided, a failure diagnosis of the EGR gas temperature sensor can be performed. .
その具体的な処理(EGRガス温度センサの故障診断処理)の一例について、図10のフローチャートを参照して説明する。この図10の処理ルーチンはECU100において所定時間(例えば、数msec)毎に繰り返して実行される。
An example of the specific process (EGR gas temperature sensor failure diagnosis process) will be described with reference to the flowchart of FIG. The processing routine of FIG. 10 is repeatedly executed by the
まず、ステップST101において、EGR入口ガス温度Tegrを推定する。具体的には、排気ガス温度センサ32の出力信号から排気ガス温度T4を算出するとともに、水温センサ46の出力信号から水温を算出し、それら排気ガス温度T4及び水温を用いて上記式(3)によってEGR入口ガス温度Tegrを推定する。
First, in step ST101, the EGR inlet gas temperature Tegr is estimated. Specifically, the exhaust gas temperature T4 is calculated from the output signal of the exhaust
なお、排気ガス温度については推定値を用いてもよい。例えば、エンジン回転数と、エンジン回転数及びアクセル開度(踏み込み量)から定まる要求トルクとに基づいて、予め実験・シミュレーション等によって作成された推定マップを参照して排気ガス温度を推定し、その排気ガス温度の推定値を用いてEGR入口ガス温度Tegrを推定するようにしてもよい。 An estimated value may be used for the exhaust gas temperature. For example, based on the engine speed and the required torque determined from the engine speed and the accelerator opening (depression amount), the exhaust gas temperature is estimated with reference to an estimation map created in advance through experiments, simulations, etc. The EGR inlet gas temperature Tegr may be estimated using the estimated value of the exhaust gas temperature.
次に、ステップST102において、上記EGRガス温度センサの出力信号からEGR入口ガス温度(実測値)を検出する。 Next, in step ST102, the EGR inlet gas temperature (actually measured value) is detected from the output signal of the EGR gas temperature sensor.
ステップST103では、上記ステップST102で検出したEGR入口ガス温度(実測値)と、上記ステップST101で推定したEGR入口ガス温度Tegr(推定値)との温度差(絶対値)ΔTを算出する(ΔT=|EGR入口ガス温度−推定Tegr|)。 In step ST103, a temperature difference (absolute value) ΔT between the EGR inlet gas temperature (actual value) detected in step ST102 and the EGR inlet gas temperature Tegr (estimated value) estimated in step ST101 is calculated (ΔT = | EGR inlet gas temperature-estimated Tegr |).
ステップST104では、上記ステップST103で算出した温度差(絶対値)ΔTが所定の正常判定基準値Tref以下であるか否かを判定する。このステップST104の判定処理に用いる正常判定基準値Trefについては、例えば、EGRガス温度センサが正常である場合の上記温度差ΔT(|EGR入口ガス温度−推定Tegr|)の許容範囲(正常範囲)を、センサばらつき等を考慮して実験・シミュレーション等によって取得しておき、その結果を基に適合した値を設定する。 In step ST104, it is determined whether or not the temperature difference (absolute value) ΔT calculated in step ST103 is equal to or less than a predetermined normal determination reference value Tref. Regarding the normal determination reference value Tref used in the determination process of step ST104, for example, the allowable range (normal range) of the temperature difference ΔT (| EGR inlet gas temperature−estimated Tegr |) when the EGR gas temperature sensor is normal. Is obtained by experiment / simulation in consideration of sensor variation and the like, and a suitable value is set based on the result.
そして、上記ステップST104の判定結果が肯定判定(YES)である場合([ΔT≦Tref]である場合)は、EGRガス温度センサは正常であると判断する(ステップST105)。 If the determination result in step ST104 is affirmative (YES) (when [ΔT ≦ Tref]), it is determined that the EGR gas temperature sensor is normal (step ST105).
一方、ステップST104の判定結果が否定判定(NO)である場合、つまり、EGR入口ガス温度(実測値)と推定EGR入口ガスTegrとの温度差ΔTが正常判定基準値Trefよりも大きい(ΔT>Tref)場合は、EGRガス温度センサに故障が生じていると判断(診断)する(ステップST106)。この場合、例えば、車室内のメータパネル上のMIL(Malfunction Indicator Lamp;警告ランプ)を点灯させてユーザ(運転者)に警告を促すとともに、上記ECU100に備えられたダイアグノーシスに異常情報を書き込む。
On the other hand, if the determination result in step ST104 is negative (NO), that is, the temperature difference ΔT between the EGR inlet gas temperature (actually measured value) and the estimated EGR inlet gas Tegr is larger than the normal determination reference value Tref (ΔT> In the case of (Tref), it is determined (diagnostic) that a failure has occurred in the EGR gas temperature sensor (step ST106). In this case, for example, a MIL (Malfunction Indicator Lamp; warning lamp) on the meter panel in the passenger compartment is turned on to prompt the user (driver) to warn, and the abnormality information is written in the diagnosis provided in the
なお、以上の故障診断処理では、上記した式(3)を用いた場合(ヘッド内配管方式の場合)について説明したが、EGR装置8がヘッド外配管式である場合は、上記した式(6)を用いて故障診断を行う。
In the above-described failure diagnosis processing, the case where the above-described equation (3) is used (in the case of the in-head piping method) has been described. However, when the
この場合、上記図10のステップST101において、排気ガス温度センサ32の出力信号から排気ガス温度T4を算出するとともに、吸入空気温度センサ31の出力信号から外気温を算出し、それら排気ガス温度T4及び外気温を用いて、上記式(6)からEGR入口ガス温度Tegrを算出(推定)する。そして、図10のステップST102〜ステップST106と同等な処理を行って、EGRガス温度センサの正常/故障を判断するようにすればよい。
In this case, in step ST101 of FIG. 10, the exhaust gas temperature T4 is calculated from the output signal of the exhaust
(変形例1)
上記した図6の縦軸(Qc/EGRガス流量)は図4に示す系の入口温度と出口温度との差分であり、図6の横軸(T4−水温)は図4に示す系の入口温度と冷却媒体(エンジン冷却水)温度との差分であるので、図6は図4の系における放熱効率を示す図と考えられる。ここで、図6は二次関数として扱うこともできるが、範囲を限定すると、図11の破線で示すように一次関数(効率一定)と見なすことが可能である。したがって、この図11の破線の傾き及び切片(関数f(T4−水温))を実験またはシミュレーションによって求めることによって上記式(3)を得るようにしてもよい。
(Modification 1)
The vertical axis (Qc / EGR gas flow rate) in FIG. 6 is a difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the system shown in FIG. 4, and the horizontal axis (T4-water temperature) in FIG. 6 is the inlet of the system shown in FIG. Since this is the difference between the temperature and the temperature of the cooling medium (engine cooling water), FIG. 6 is considered to be a diagram showing the heat dissipation efficiency in the system of FIG. Here, FIG. 6 can be handled as a quadratic function, but if the range is limited, it can be regarded as a linear function (constant efficiency) as shown by the broken line in FIG. Therefore, the above equation (3) may be obtained by obtaining the slope and intercept (function f (T4−water temperature)) of FIG. 11 by experiment or simulation.
(変形例2)
上記した図9の縦軸(Qc/EGRガス流量)は図8に示す系の入口温度と出口温度との差分であり、横軸(T4−外気温)は図8に示す系の入口温度と外気温との差分であるので、図9は図8の系における放熱効率を示す図と考えられる。ここで、図9は二次関数として扱うこともできるが、範囲を限定すると、図12の破線で示すように一次関数(効率一定)と見なすことが可能である。したがって、この図12の破線の傾き及び切片(関数g(T4−外気温))を実験またはシミュレーションによって求めることによって上記式(6)を得るようにしてもよい。
(Modification 2)
The vertical axis (Qc / EGR gas flow rate) in FIG. 9 is a difference between the inlet temperature and the outlet temperature of the system shown in FIG. 8, and the horizontal axis (T4-outside air temperature) is the inlet temperature of the system shown in FIG. Since this is the difference from the outside air temperature, FIG. 9 is considered to be a diagram showing the heat radiation efficiency in the system of FIG. Here, FIG. 9 can also be handled as a quadratic function, but if the range is limited, it can be regarded as a linear function (constant efficiency) as shown by a broken line in FIG. Therefore, the above equation (6) may be obtained by obtaining the slope and intercept (function g (T4−outside air temperature)) of FIG. 12 by experiment or simulation.
(変形例3)
以上説明したように、本実施形態では、EGR入口ガス温度Tegrを推定することができるので、EGR出口ガス温度も推定することが可能である。具体的には、上記式(3)または式(6)で算出されるEGR入口ガス温度(推定値)に、EGR通路入口から出口までの系の放熱効率(EGRクーラ82の冷却効率も含む)を乗算することによって、EGR出口ガス温度を算出(推定)することができる。
(Modification 3)
As described above, in the present embodiment, since the EGR inlet gas temperature Tegr can be estimated, the EGR outlet gas temperature can also be estimated. Specifically, the EGR inlet gas temperature (estimated value) calculated by the above formula (3) or (6) is used for the heat dissipation efficiency of the system from the EGR passage inlet to the outlet (including the cooling efficiency of the EGR cooler 82). , The EGR outlet gas temperature can be calculated (estimated).
−他の実施形態−
以上の例では、車両に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンの温度推定・温度センサ故障診断に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、車両用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンの温度推定・温度センサ故障診断にも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン、水平対向型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
-Other embodiments-
In the above example, the case where the present invention is applied to temperature estimation and temperature sensor failure diagnosis of an in-line four-cylinder diesel engine mounted on a vehicle has been described. The present invention is not limited to vehicles, but can be applied to engine temperature estimation and temperature sensor failure diagnosis used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, horizontally opposed engine, etc.) are not particularly limited.
以上の例では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ23を適用したエンジン1について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンの温度推定・温度センサ故障診断への適用も可能である。
In the above example, the
また、本発明は、ディーゼルエンジンに限られることなく、ガソリンエンジンの温度推定・温度センサ故障診断にも適用することができる。 Further, the present invention is not limited to a diesel engine, but can also be applied to temperature estimation and temperature sensor failure diagnosis of a gasoline engine.
本発明は、内燃機関のガス温度推定装置及び故障診断装置に利用可能であり、さらに詳しくは、排気系から吸気系に還流させるEGRガスの温度を推定するガス温度推定装置及び故障診断装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a gas temperature estimation device and a failure diagnosis device for an internal combustion engine, and more specifically, for a gas temperature estimation device and a failure diagnosis device that estimate the temperature of EGR gas that is recirculated from an exhaust system to an intake system. can do.
1 エンジン
31 吸入空気温度センサ
32 排気ガス温度センサ
6 吸気系
63 インテークマニホールド
64 吸気管(吸気通路)
7 排気系
72 エキゾーストマニホールド
73 排気管(排気通路)
8 EGR装置
80 EGR通路
81 EGRバルブ
100 ECU
1
7
8
Claims (3)
燃焼室から排出される排気ガスの温度T4、及び、前記内燃機関の冷却水の水温を用いて、以下の式(3)によって、前記EGR通路入口のガス温度Tegrを推定することを特徴とする内燃機関のガス温度推定装置。
Tegr=T4−f(T4−水温) ・・・(3)
ただし、f(T4−水温):実験またはシミュレーションにより求められた関数 A gas temperature estimation device applied to an internal combustion engine including an EGR device that recirculates a part of exhaust gas discharged from a combustion chamber to an intake system through a pipe in an cylinder head and an EGR passage from an exhaust manifold,
The gas temperature Tegr at the EGR passage inlet is estimated by the following equation (3) using the temperature T4 of the exhaust gas discharged from the combustion chamber and the temperature of the cooling water of the internal combustion engine. A gas temperature estimating device for an internal combustion engine.
Tegr = T4-f (T4-water temperature) (3)
However, f (T4-water temperature): function obtained by experiment or simulation
燃焼室から排出される排気ガスの温度T4、及び、外気温を用いて、以下の式(6)によって、前記EGR通路入口のガス温度Tegrを推定することを特徴とする内燃機関のガス温度推定装置。
Tegr=T4−g(T4−外気温) ・・・(6)
ただし、g(T4−外気温):実験またはシミュレーションにより求められた関数 A gas temperature estimation device applied to an internal combustion engine equipped with an EGR device that recirculates a part of exhaust gas discharged from a combustion chamber to an intake system through a pipe outside the cylinder head and an EGR passage from an exhaust manifold,
The gas temperature estimation of the internal combustion engine, wherein the gas temperature Tegr at the EGR passage inlet is estimated by the following equation (6) using the temperature T4 of the exhaust gas discharged from the combustion chamber and the outside air temperature. apparatus.
Tegr = T4-g (T4-outside temperature) (6)
However, g (T4-outside temperature): function obtained by experiment or simulation
前記温度センサにて検出された温度実測値と、請求項1記載の内燃機関のガス温度推定装置によって推定されたEGR通路入口ガス温度または請求項2記載の内燃機関のガス温度推定装置によって推定されたEGR通路入口ガス温度との温度差の絶対値が、所定の判定値よりも大きい場合は、当該温度センサに故障が発生していると判定することを特徴とする故障診断装置。 Failure diagnosis applied to an internal combustion engine including an EGR device that recirculates a part of exhaust gas discharged from the combustion chamber to the intake system through the EGR passage from the exhaust manifold, and a temperature sensor that detects the temperature of the EGR passage inlet A device,
The actual measured value detected by the temperature sensor and the EGR passage inlet gas temperature estimated by the internal combustion engine gas temperature estimation device according to claim 1 or the internal combustion engine gas temperature estimation device according to claim 2. A failure diagnosis device characterized in that, when the absolute value of the temperature difference from the EGR passage inlet gas temperature is larger than a predetermined determination value, it is determined that a failure has occurred in the temperature sensor.
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