JP5079815B2 - 燃焼機関のｅｇｒ回路の出力における排気ガス温度の推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに設けられるＥＧＲ（排気ガス再循環）回路の排出口における内燃機関の排気ガス温度の推定に関する。

空気管理に関してエンジンソフトウェアとして開発される方式では、ＥＧＲ回路の排出口における排気ガス温度を認識することが必要となる。
ＥＧＲ回路の排出口における排気ガス温度の測定値は、熱電対測定を使用して導出することができる。

この解決策は正確であるが、コストが高い（特に、熱電対のコスト、及び取得チェーンのコストに起因して）。この解決策では更に、熱電対を組み込むために必要な容積をエンジンルームに確保する必要がある。
このような理由により、熱電対を設ける代わりに、ＥＧＲ回路の排出口における排気ガス温度を推定することが益々望まれている。

この目的のために、物理方程式（例えば、質量保存方程式及びエネルギー保存方程式）を利用する数値モデルが使用される。
このモデルの大きな欠点は、精度及び信頼性が欠けていることである。

具体的には、高い精度を達成するために、複雑な計算手段を伴う複数の複雑な方程式を解かなければならない。
更に、これらの計算手段は、自動車のコンピュータに組み込むのに十分に単純でなければならない。

従って、「推定の精度／計算の簡易化」を追求する必要がある。
このようなアプローチは、従来、計算手段において、ＥＧＲ回路における排気ガス熱交換を決定する物理現象に関する仮定を行なうことにより、且つＥＧＲ回路における排気ガス温度の低下がＥＧＲクーラの伝熱能力に依存することに注目することにより、使用されている。

しかしながら、ＥＧＲクーラの実際の伝熱能力に基づく車両試験から、最大２００〜３００℃の偏差がＥＧＲ回路の排出口における推定ガス温度と測定ガス温度との間に発生し得ることが判明している。
クーラの伝熱能力を数値的に調整して測定値をモデルと相関させようと試みることにより、平均偏差が約５０℃にまで低減する。
しかしながら、それでもこの不正確性は大きく、従って満足のゆくものでない。

本発明の主な目的は、ＥＧＲ回路の排出口における推定温度の精度を高めることである。
本発明の別の目的は、この温度を計算するために必要な計算の複雑さを低減しながら、誤差の許容可能マージンを維持することである。

これらの目的を達成するために、本発明は、第１の態様に従って、エンジンに設けられるＥＧＲ回路の排出口における内燃機関の排気ガス温度Ｔ_３を、ＥＧＲ回路のＥＧＲクーラにおける排気ガスの熱エネルギー損失を考慮に入れたモデルに基づいて推定する方法を提供し、本方法は、当該モデルが更に、排気ガスと、排気ガスをＥＧＲクーラに流すダクトの壁との熱交換を考慮することを特徴とする。
この推定方法の他の任意の特徴は次の通りである：
−前記モデルでは、次の種類の熱交換を考慮する。
・ガスと前記ダクトの壁との内部熱交換
・前記ダクトの壁とエンジンルームの外の雰囲気との外部熱交換（例えば、空気の流れに起因する対流熱交換、及びダクトの外部の部品群の放射交換）
・ＥＧＲクーラを通過させることによるガス冷却
−前記モデルは、ＥＧＲ回路の全長に亘る様々な種類の熱交換を考慮に入れたガスの熱エネルギー保存の簡略化された方程式を利用することにより、
（ａ）排気ガスと排気ガスをＥＧＲ回路のＥＧＲクーラに流すダクトの壁との熱交換を求め、
（ｂ）排気ガスとＥＧＲクーラの流入口との熱交換を、ステップ（ａ）で求めた熱交換を考慮に入れて求め、且つ
（ｃ）ＥＧＲクーラにおける排気ガスの熱交換を求める
ことができる。
−前記方程式は、Ｔ_Ｗが前記ダクトの壁の推定温度であり、且つＴ_２がクーラの流入口における排気ガスの推定温度である場合、Ｔ_Ｗ、Ｔ_２、及びＴ_３を３つの未知数とする３つの方程式の系を構成し、３つの方程式は、求める３つの熱交換（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）のそれぞれに対応する。
−温度Ｔ_３は、主に、ＥＧＲ回路の流入口における排気ガス温度、エンジンから出て行くエンジンクーラントの温度、一定圧力でのＥＧＲガスの比熱、ＥＧＲガスの質量流量、前記ダクトの比熱、及びダクトの幾何学特性及び質量特性が判明することにより推定される。
−前記モデルは、独立な１次線形微分方程式の系に相当する。
−これらの方程式は次のような推定により導出される。
・ダクトの周りを流れる空気に関連付けられる外部対流熱交換の規模が、ダクト外部の部品群による放射熱交換の規模と同じ程度である
・対流温度は水温にほぼ等しい
・Ｔ_２の経時的な変化は、Ｔ_Ｗの経時的な変化と比べて瞬間的である

第２の態様によれば、本発明は、計算手段と、所定のデータ及び／又は測定データを保存して前記推定方法を実行する手段とを備える電子温度推定装置を搭載する車両を提供する。
本発明の他の特徴、目的、及び利点は、添付図面によって示される本発明の非制限的な実施形態の詳細な説明により一層明確に理解される。

ＥＧＲ回路を備える内燃機関のエンジンルームの種々の構成要素を概略的に示す。 ＥＧＲクーラ及びその流入ダクトと排出ダクトの一部の、長さ方向の概略断面図である。 図２によるＥＧＲクーラアセンブリと等価な熱構造の機能図を示し、本発明の第１の実施形態を示している。 図２によるＥＧＲクーラアセンブリと等価な熱構造の機能図を示し、本発明の第２の実施形態を示している。 本発明による推定方法の主なステップを表わす図である。 ＥＧＲ回路の排出口における温度の変化を、ＥＧＲサイクルの関数として表わして、温度を測定又は推定するためのグラフである。

以下に説明する本発明は、次の２つの実施形態を含み、ＥＧＲクーラの排出口における排気ガス温度の推定を可能にするものである。
−物理現象を綿密にモデル化する方程式を導出し、これらの方程式を、エンジンソフトウェアパッケージに統合可能にするために最も厳密に必要なものだけに減らし；使用するモデルが現実に近づくならば、ＥＧＲ回路における排気ガス温度の推定装置の精度を大きく向上させることがでる。
−第１の実施形態において考察される方程式を大幅に簡略化する−この目的は、計算時間及びソフトウェアサイズを最小化することである。
提案する２つの実施形態は、ＥＧＲ回路を備える全ての内燃機関（ジーゼルエンジン、ガソリンエンジンなど）に容易に適用することができる。

図１は、内燃機関のエンジンルームの一実施例を示している。
このエンジンルームは内燃機関１０を備え、この内燃機関は、吸気ダクト１１を介して空気の供給を受け、排気ダクト１２を介して排気ガスを排気する。このエンジンルームには、吸気ダクト１１に配置されるコンプレッサ５１を含むターボチャージャ５０も設けられており、これによって管５３から送り込まれる液体燃料が圧縮される。任意であるが、冷却手段４０及びフラップ３０が、コンプレッサ５１とエンジン１０の間に設けられる。従って、エンジン１０に送り込まれる空気は冷たい。ターボチャージャ５０のタービン５２は排気ダクト１２の端部に位置し、コンプレッサ５１に接続している。排気ガスはエンジンルームから出て行き、次に管５４を介して排気される。

更に、このアセンブリはＥＧＲ回路２０を含み、ＥＧＲ回路の流入口２８は排気ダクト１２に接続され、ＥＧＲ回路の排出口２９は吸気回路１１に接続されている。このＥＧＲ回路２０は、上流では流入ダクト２５を介して、下流では排出ダクト２７を介して接続されるＥＧＲクーラ２２を含むことにより、エンジン１０に再供給される前に排気ガスを冷却することができる。
任意でバイパス回路２４が設けられ、このバイパス回路の一端がクーラ２２の上流に配置されるバルブ２３に接続され、他端がクーラ２２の排出口に接続されることにより、バルブ２３は、その位置に応じて、所定量の排気ガスをバイパス回路２４に流入させることができる。従って、バルブ２３の位置を選択することにより、所望の量の未冷却ガスがバイパス回路２４に流入するので、クーラ２２の排出口における排気ガス温度が選択される。更に、ＥＧＲバルブ２１を回路２０の排出口に設けることにより、吸気ダクト１１に供給される冷却排気ガスの量を経時的に調整することができる。

図２は、上流ではガス流入ダクト２５を介して、下流ではガス排出ダクト２７を介して接続される、ＥＧＲクーラ２２の長さ方向断面図を概略的に示している。図示のように、これらの２つのダクト２５及び２７はこの場合、壁２６を有するチューブである。この図は、回路２０に沿って温度差が生じていることも示している。つまり：
−Ｔ_０は、ＥＧＲ回路２０の流入口２８で測定される排気ガス温度であり；
−Ｔ_２は、クーラ２２の流入口における排気ガス温度であり；
−Ｔ_３は、クーラ２２の排出口における排気ガス温度であり；
−Ｔ_Ｗは、流入ダクト２５の壁２６の温度である。
回路２０内の排気ガスの質量流量がＱ_ｅｇｒで示されることにも注目されたい。

本出願人は、ＥＧＲ回路２０に沿った排気ガス温度を記録し、回路２０の流入口２８におけるガスのエネルギーの約３５％が流入ダクト２５で失われ、約６５％がクーラ２２で失われることを明らかにした。
従って、回路２０の流入口２８におけるガス温度は、クーラ２２の流入口におけるガス温度と同じではありえない。
従って、モデルでは、クーラ２２の上流における流入ダクト２５とガスとの熱交換を考慮する必要がある。

第１の実施形態：物理方程式の導出
ＥＧＲ回路２０の内部における熱交換を正しく推定するために、以下の項目を考慮する必要がある。
・ガスと流入ダクト２５の壁２６との内部熱交換
・流入ダクト２５の壁２６とエンジンルームの雰囲気との外部熱交換であって、エンジンルームにおいて支配的な下記二種類の熱交換
−空気がＰＵ（パワーユニット）の周りを流れることに起因する対流熱交換、及び
−ボンネット内の種々の部品（シリンダーヘッド、排気マニホールド、ターボチャージャ、バルクヘッド、「スキー」など）の間の放射熱交換
・ＥＧＲクーラによるガスの冷却

図３は、ＥＧＲ回路２０のエネルギーバランスを確立するために使用される「熱⇔電気」類推を示している。この方法で、図２の熱系と図３の電気系の等価性を説明する。
ＥＧＲチューブの壁全体が、この場合単一の全体温度Ｔ_Ｗになっているとみなされる。

従って、ＥＧＲシステムに関するエネルギー保存は、次の形式で表現することができる。

これらの方程式における項の意味は、本明細書の最後に記載する用語集を参照することにより更に容易に理解することができる。

次に、コンダクタンス（Ｃ_{ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ＿ｉｎｔｅｒｎａｌ}、Ｇ_{ｒａｄｉａｔｉｖｅ＿ｅｘｔｅｒｎａｌ}及びＣ_{ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ＿ｅｘｔｅｒｎａｌ}）を指定することにより、これらの方程式は以下のようになる。

この場合も、この方程式系における種々の項の意味は、本明細書の最後に記載する用語集を参照することにより更に明確に理解することができる。

更に、この微分方程式系における特定の項の意味及び値は、以下のように与えられる。
・ｈ_ｉｎｔ：
ＥＧＲガスと流入ダクト２５の壁２６との内部対流熱交換は、熱交換係数ｈ_ｉｎｔによって巨視的に記述される。この係数は、３つの無次元係数、すなわちヌッセルト数（Ｎｕ）、レイノルズ数（Ｒｅ）、及びプラントル数（Ｐｒ）を結び付ける実証的関係式を使用して得られる：

上式中、
−λはＥＧＲガスの熱伝導率であり、この熱伝導率は、問題となる排気ガスに関する定数であり、
−Ｐｒは定数≒０．７であり、
−

であり、
（本明細書の最後に記載する、種々の項の意味に関する用語集を参照されたい）
−Ｄ_{ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ}：固有直径である。ＥＧＲダクトの場合、これはダクトの内側直径（Ｄ_ｅｇｒ）と考慮することができる。
・ｈ_ｅｘｔ：
空気が回路２０の周りを流れることに起因する対流熱交換は、対流熱交換係数ｈ_ｅｘｔによって巨視的に記述される。この係数は一定であると考えられ、行なわれる試行に関してモデルをリセットするように調整される。

エンジンルームを通過する空気の平均温度（Ｔ_{ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ}）は普通、エンジン１０の排気口におけるクーラントの温度の変動と同様の変動に追随する。これは、エンジンルームの排気口での水温が、エンジンルームの熱環境を良好に表わしているからである。
従って、次の簡略化が行なわれる。
Ｔ_{ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ}＝Ｔ_{ｗａｔｅｒ}

・σ：ボルツマン定数（５．６７×１０^−８）であり、ボンネット内の種々の部品の間の放射熱交換を記述することができる。
ボンネット内の放射熱交換の規模は、対流熱交換の規模と同じ程度であるので、無視することができない。放射熱源のエネルギー交換は、方程式のＴ^４の項で記述される。

「流入ダクト２５からボンネット内の部品群の残りの部品を眺めたときの見え方」として定義されるフォームファクタ（ｆ_ｉｊ）は、この場合１に設定される。
クーラ２２の上流の流入ダクト２５は普通、約０．８の放射率（ε）を有する。

エンジンルーム内の部品群の平均温度（Ｔ_{ｒａｄｉａｔｉｖｅ}）は、エンジンの排気口における水温の変動に近い変動にほぼ追随する。従って、次式が成り立つ。
Ｔ_{ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ}＝Ｔ_{ｗａｔｅｒ}
・ε_３：
クーラ２２によって抽出される熱電力は多くの場合、効率ε_３の形で次式のように表わされる。

抽出されるこの熱電力は、部品試験台の上で確認することができる。ＥＧＲクーラの効率は、約１の近傍で、ＥＧＲ流量（Ｑ_ｅｇｒ）に応じて決まる。

・方程式（１）、（２）、及び（３）の他の量は次の通りである。
−Ｍ_ｅｇｒは、流入ダクト２５に含まれるガスの質量であり、方程式の他の項と比べて非常に小さいので無視できると考えられる。
−Ｃｐ_ｅｇｒは、一定圧力におけるＥＧＲガスの比熱である。これはガスの性質によって変わり、通常は１１５０Ｊ／ｋｇ．Ｋに近い値を示す。
−Ｃｐ_{ｓｔ．ｓｔ．}は、流入ダクト２５の壁２６におけるＥＧＲガスの比熱であり、この値は材料（この場合は、例えばステンレス鋼）の性質によって変わる。
−Ｑ_ｅｇｒは流入ダクト２５を通過するガスのＥＧＲ流量である。これは測定されないが、Ｑ_{ｆｒｅｓｈ}（コンプレッサ５１の排気口で測定される流量）の測定値とＱ_{ｅｎｇｉｎｅ}（エンジンに流入するガスの流量）の測定値との差を計算することにより推定される。この技術分野の当業者には公知である他の既存の技術を、Ｑ_ｅｇｒを推定する別の技術として使用することもできる。選択されるこれらの技術は通常、使用される各エンジンコンピュータ、及び提供される各ソフトウェアパッケージに特有である。

従って、３つの未知数（Ｔ_Ｗ、Ｔ_２、Ｔ_３）を含む３つの方程式が存在し、これらの未知数は、最初にＴ_Ｗを、次にＴ_２を、最後にＴ_３を求めることにより解くことができる。
次いで、クーラ２２の排出口における温度の推定値が、流入ダクト２５における熱放散を考慮することにより得られ、従って推定値は事実を忠実に反映するので正確になる。

第２の実施形態：方程式の大幅な簡略化
上記のようにして導出された物理方程式は、コンピュータに組み込むことができるが、依然として比較的複雑である場合がある（方程式１、２、及び３）。これは、これらの方程式が、強く結合した複数の非線形微分方程式の系を形成する（Ｔ^４の項が含まれる）ためである。
従って、この系を簡略化して独立な１次線形微分方程式の系を得ることが望ましい。この目的のために、図４によれば、ＥＧＲ回路２０は、直列に接続された２つの熱交換器１００及び２００の組み合わせと見なすことができる。

第１熱交換器１００はクーラ２２の上流の流入ダクト２５から成る。エンジンルーム内の周囲媒質１５０（上に説明したＴ_{ｒａｄｉａｔｉｖｅ}及びＴ_{ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ}）によって冷却されるＥＧＲガスは、この熱交換器１００を通って流れる。この第１熱交換器１００の排出口におけるガス温度は温度Ｔ_２である。
第２熱交換器２００はＥＧＲクーラ２２から成る。エンジン冷却回路２５０の水（Ｔ_{ｗａｔｅｒ}）によって冷却されるＥＧＲガス（温度Ｔ_２の）は、この熱交換器２００を通って流れる。この第２熱交換器２００の排出口におけるガス温度は温度Ｔ_３である。

１．第１熱交換器１００
クーラの上流の流入ダクト２５を熱交換器１００として定義すると、次式で表わされる効率が巨視的に導入される。

この効率は、流入ダクト２５の伝熱性能、つまりＥＧＲガスがダクト２５の壁に接触して冷却される様子を要約しており、このダクト自体はボンネット内の雰囲気で冷却される。

効率の概念は普通、定常状態において使用される。
しかしながら、流入ダクト２５の質量が大きい（数百グラム）ため、ダクト２５の壁２６の温度（Ｔ_Ｗ）には数分が経過するまで達しないので、効率の概念はもはや簡単に使用することができず、つまりコンピュータに容易に組み込むことができる微分方程式を利用せずに使用できない。

従って、以下のパラメータを含む中間効率を定義することが必要になる。
−定常状態に達するときの流入ダクト２５の壁２６の温度（Ｔ_Ｗ∞）、及び
−定常状態に達するときのクーラ流入口におけるガスの温度（Ｔ_２∞）
次に、前記効率を次式で表わされる２つの部分に分解する。

概ね、
−ε_１は、排気ガスがダクト２５の壁２６を加熱する様子を記述し、
−ε_２は、排気ガスが、ダクト２５の壁２６に接触して冷却される様子を記述している。

１．１ 方程式（１）の簡略化
エネルギー保存方程式（１）は、特にボンネット内の放射熱交換に起因するＴ^４の項を含むので解くには複雑である場合がある。
エンジンルームでは、空気が流入ダクト２５の周りを流れることに起因する対流熱交換の規模は、流入ダクト２５とボンネット内の種々の部品（シリンダーヘッド、排気マニホールド、ターボチャージャ、バルクヘッド、「スキー」など）との全ての放射熱交換の規模と同じ程度である。

上の方程式は従って、次式のように簡略化される。

エンジン排気口での水温Ｔ_{ｗａｔｅｒ}は普通、エンジンルームにおける熱環境を良好に表わしているので、簡略化を次式のように更に進めることができる。

クーラの上流の流入ダクト２５の壁温度を決定するタイムスケールは百秒のオーダーである。クーラ排出口２２におけるＥＧＲガスの温度を決定するタイムスケールは１秒のオーダーである。従って、Ｔ_２の経時的な変化は、Ｔ_Ｗの経時的な変化と比べるとほとんど瞬間的である。従って、次の関係が成り立つ。

次に、エネルギー保存方程式（２）は次式のように簡略化することができる。

上式中、

である。

方程式（６）を方程式（５）に代入すると、次式が得られる。

すると、壁２６の温度の変動を表わす簡易な方程式が以下の形で求められる。

更に、方程式（４）において上記で求められたε_１の定義に基づき、且つＴ_{ｕｎｄｅｒ−ｈｏｏｄ}をＴ_{ｗａｔｅｒ}と近似させることにより、項Ｔ_Ｗ∞は以下の形式で表わすことができる。
Ｔ_Ｗ∞＝Ｔ_０−（１−ε_１）＋ε_１Ｔ_{ｗａｔｅｒ}
次に、方程式（７）及び（８）を確認することにより、次式が得られる。

１．２ 方程式（２）の簡略化
クーラ流入口でのＥＧＲガスの温度を決定するタイムスケールは１秒のオーダーである。このスケールでは、クーラの上流のＥＧＲダクトの壁温度はほとんど変化することがない。
従って、方程式（４）で求められるε_２の定義は、次式のように表わすことができる。

クーラ流入口でのＥＧＲガスの温度の変化を表わす簡易方程式は、以下の形式で求められる。

方程式（９）及び（２）を確認することにより、次式のような関係が得られる：

１．３ 第１熱交換器１００の簡略化の要約
クーラの上流のＥＧＲダクトにおけるガスの熱交換を決定するエネルギー保存方程式は、最初、次式のように表現された。

簡略化を行なった後、これらの２つの方程式は、以下の形で表わされる。

上式中、

である。

一次元の大きさでは、ε_１及びε_２は、ＥＧＲ流量（Ｑ_ｅｇｒ）にのみ依存する。この理由は次の通りである。
・ε_２に関して：
ｈ_ｉｎｔ、すなわちＥＧＲガスとＥＧＲダクトの壁との熱交換の対流熱交換係数は、レイノルズ数関数^０．８である。一次元の大きさでは、レイノルズ数はＥＧＲ流量（Ｑ_ｅｇｒ）の関数である。
ε_２は従って、次式のように表わすことができる：

上式中、Ｋ_２＝定数である。
・ε_１に関して：
ε_１はε_２に、次式で表わされる関係を通して直接関連付けられる。

繰り返すが、ｈ_ｅｘｔは、問題となっている定数の対流熱交換係数である。

ε_１は従って、次式のように表わすことができる。

上式中、Ｋ_１＝定数である。
一次元の大きさでは、時定数τ_Ｗ及びτ_２も同じように、ＥＧＲ流量（Ｑ_ｅｇｒ）にのみ依存する。

しかしながら、
・τ_２に関して：ＥＧＲダクト内のＥＧＲ質量は小さい。時定数τ_２は、わずかしか変動しないので、定数と見なされる。しかしながら、プログラムによって管理される更に複雑な数値モデル又はルールに基づく記述子のような、この時定数を表わす他の可能な方法を考えることができる。
・τ_Ｗに関して：簡略化のために、平均ＥＧＲ流量を取り入れて、単一の時定数を導出することができる。しかしながら、プログラムによって管理される更に複雑な数値モデル又はルールに基づく記述子のような、この時定数を表わす他の可能な方法を考えることができる。
簡略化を行なった後、方程式（１）及び（２）は次式のように表わされる。

上式中、

Ｋ_１＝定数
τ_Ｗ＝定数
及び

Ｋ_２＝定数
τ_２＝定数
である。

Ｍ_{ｓｔ．ｓｔ}、Ｑ_ｅｇｒ、ｈ_ｅｘｔ、及びｈ_ｉｎｔに割り当てられる次元が既知であるので、測定値及び／又は推定値に基づき、定数Ｋ_１、Ｋ_２、τ_Ｗ、及びτ_２が判明する（上記計算方法を参照されたい）。
次いでこれらの定数を調整し、エンジンルーム側で予め行なわれる試行に関してモデルをリセットすることができる。

２．第２熱交換器２００
本実施例では、方程式（３）が保持される。
次に、時定数（τ_３）をＥＧＲ温度推定装置に導入し、クーラ２２の熱慣性を考慮する。この定数は、エンジン試験台の上で測定することができるか、又はクーラ製造業者から受け取るデータに基づいて推定することができる。

この定数を調整して、エンジンルーム側で予め行なわれる試行に関してモデルをリセットすることができる。
次いで、クーラ２２の排出口における推定温度Ｔ_３を当該モデルに基づいて推定することができる。

図６は、クーラ２２の排出口におけるガス温度Ｔ_３の種々の曲線を示し、これにより次の比較が可能である。
−実施された測定（曲線１）
−本発明の第１の実施形態による推定（曲線２）
−本発明の第２の実施形態による推定（曲線３）
推定方法は自動車コンピュータに組み込まれた。

更に、曲線４は、流入ダクト２５による熱放散を考慮に入れない場合のＴ_３の推定の結果を示している。
このグラフの分析から、ガスとクーラ２２の上流の流入ダクト２５の壁２６との熱交換をモデル化において考慮することにより、クーラ２２の排出口におけるＥＧＲガスの温度の推定精度が有意に向上することが明らかである。

このように、本発明によるクーラ２２の排出口におけるＥＧＲガス温度の推定値と測定値との平均偏差は、８〜１２℃である。
加えて、この新規の推定装置によって、ＥＧＲ回路に沿ったガス温度の変化を正しくモニタリングすることができる。

更に、本発明の第２の実施形態における簡略化によって、偏差は第１の実施形態と比べるとわずか２％になる。
従って、計算手段及び計算時間を最小にすることが望ましい場合、第２の実施形態が使用され、推定の精度を最大にすることが望ましい場合、第１の実施形態が使用される。

更に、本発明による推定方法は、非常に簡単であるという利点があるので、コンピュータに容易に組み込むことができる。
従って、ＥＧＲ回路２０における熱交換の記述を簡略化する提案は完全に満足のゆくものである。

図５は、簡略化した数式のうちの一方又は他方が、コンピュータで解くのに極めて簡単であることを示している。従って、ＥＧＲ回路２０の排出口における排気ガス温度は３つの連続するステップで推定される。
・第１のステップでは、クーラ２２の上流の流入ダクト２５の壁２６の温度（Ｔ_Ｗ）を推定し；
・第２のステップでは、クーラ２２の流入口におけるＥＧＲガスの温度（Ｔ_２）を推定し；
・最後のステップでは、クーラ２２の排出口におけるＥＧＲガスの温度（Ｔ_３）を推定する。
多くのモデル化変形例を提供することもでき、例えばクーラ２２の上流の流入ダクト２５を複数の小さい「セクション」に分解し、各セクションが固有の壁温度Ｔ_Ｗを持つようにすることができる。

本発明はまた、計算手段又はコンピュータと、所定のデータ及び／又は測定データを保存する手段とを含む電子温度推定装置を備えることにより、本発明による温度推定方法を実行する車両に関する。具体的には、ＥＧＲ回路２０の排出口における温度の推定値を生成するアルゴリズムを設けることができ、当該アルゴリズムを実行するために、採用する方法の簡略化が行なわれていると仮定すると、計算手段及びリソースをほとんど必要としない。従って、これは車載コンピュータに組み込まれる理想的なシステムである。
このような高精度ＥＧＲ温度推定装置を製作することにより、多岐に渡る可能性が開け、例えば排気ガスによるＥＧＲ回路２０の汚染レベルの検出を可能にする新規方式を設計することができる。

用語集

Claims (6)

1. 車両の内燃エンジンに設けられるＥＧＲ回路の排出口における、前記エンジンの排気ガス温度Ｔ_３を、ＥＧＲ回路のＥＧＲクーラにおける排気ガスの熱エネルギー損失を考慮したモデルに基づいて推定する方法であって、モデルが、更に、排気ガスと排気ガスをＥＧＲクーラに流すダクトの壁との熱交換を考慮し、Ｔ _２ を、前記ＥＧＲクーラの流入口における排気ガスの推定温度として、
   ＥＧＲクーラにおける排気ガスの熱交換に基づく、時間ｔに関する温度Ｔ _３ についての微分方程式
   

   

   によって温度Ｔ _３ を推定し、
   上式中、
   Ｔ _{ｗａｔｅｒ} ＝エンジン排気口での水温
   ε _３ ＝ＥＧＲクーラの効率
   τ _３ ＝ＥＧＲクーラの時定数
   であって、
   

   

   であることを特徴とする方法。
2. Ｔ _Ｗ を、前記ダクトの壁の推定温度として、排気ガスとＥＧＲクーラの流入口との熱交換に基づく、時間ｔに関する温度Ｔ _２ についての微分方程式
   

   

   によって温度Ｔ _２ を推定し、
   上式中、
   Ｃｐ _ｅｇｒ ＝一定圧力でのＥＧＲガスの比熱
   ｈ _ｉｎｔ ＝クーラの上流のＥＧＲガスと壁との熱交換に対応する対流熱交換係数
   Ｍ _ｅｇｒ ＝クーラの上流のＥＧＲガスの質量
   Ｑ _ｅｇｒ ＝ＥＧＲの質量流量
   Ｓ＝クーラの上流のＥＧＲダクトの熱交換面積
   Ｔ _０ ＝タービンの手前の、又はＥＧＲ回路の流入口における排気ガス温度
   であって、
   ｈ _ｉｎｔ は、３つの無次元係数、すなわちヌッセルト数Ｎｕ、レイノルズ数Ｒｅ、及びプラントル数Ｐｒを関連付ける実証的関係式：Ｎｕ＝ｆ（Ｒｅ ^０．８ 、Ｐｒ）を使用して計算されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 排気ガスと排気ガスをＥＧＲ回路のＥＧＲクーラに流すダクトの壁との熱交換に基づく、時間ｔに関する温度Ｔ _Ｗ についての微分方程式
   

   

   によって温度Ｔ _Ｗ を推定し、
   上式中、
   σ＝ボルツマン定数
   Ｃｐ _{ｓｔ．ｓｔ} ＝クーラの上流のＥＧＲダクトの比熱
   ｆ _ｉｊ ＝放射熱交換のフォームファクタ
   ｈ _ｅｘｔ ＝ダクトの壁とボンネット内の空気流との交換に対応する対流熱交換係数
   Ｍ _{ｓｔ．ｓｔ} ＝前記ダクトの質量
   Ｔ _{ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ} ＝エンジンボンネット内の空気の平均温度
   Ｔ _{ｒａｄｉａｔｉｖｅ} ＝エンジンボンネット内の全部品の平均温度
   ε＝ＥＧＲクーラの流入口における前記ダクトの放射率
   であって、
   ・Ｔ _{ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ} ≒Ｔ _{ｒａｄｉａｔｉｖｅ} ≒Ｔ _{ｗａｔｅｒ} であり、
   ・ｈ _ｅｘｔ は、定数であるとし、試行に対してモデルをリセットするよう調整され、
   ・ｆ _ｉｊ ＝１であり、
   ・ε＝は０．８であるか、又は別の既知の定数であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. Ｔ _Ｗ を、前記ダクトの壁の推定温度として、排気ガスとＥＧＲクーラの流入口との熱交換に基づく、時間ｔに関する温度Ｔ _２ についての簡略化した微分方程式
   

   

   によって温度Ｔ _２ を推定し、
   上式中、
   Ｔ _０ ＝タービンの手前の、又はＥＧＲ回路の流入口における排気ガス温度
   Ｔ _２∞ ＝クーラ流入口の壁における瞬時ガス温度（熱慣性がゼロの場合）
   ε _２ ＝微分方程式を簡略化した後のクーラの上流のＥＧＲダクトの内部効率
   τ _２ ＝クーラの流入口におけるＥＧＲガスの時定数
   であって、
   

   

   Ｃｐ _ｅｇｒ ＝一定圧力でのＥＧＲガスの比熱
   Ｑ _ｅｇｒ ＝ＥＧＲの質量流量
   Ｋ _２ ＝定数
   τ _２ ＝定数
   であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 排気ガスと排気ガスをＥＧＲ回路のＥＧＲクーラに流すダクトの壁との熱交換に基づく、時間ｔに関する温度Ｔ _Ｗ についての簡略化した微分方程式
   

   

   によって温度Ｔ _Ｗ を推定し、
   上式中、
   Ｔ _Ｗ∞ ＝瞬時壁温度（壁の熱慣性がゼロの場合）
   ε _１ ＝微分方程式を簡略化した後のクーラの上流のＥＧＲダクトの外部効率
   τ _Ｗ ＝クーラの上流のＥＧＲダクトの時定数
   であって、
   

   

   Ｋ _１ ＝定数
   τ _Ｗ ＝定数
   であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法を実行するために、計算手段と、所定のデータ及び／又は測定データを保存する手段とを備える電子温度推定装置を搭載する車両。

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