JP6551317B2 - Exhaust temperature estimation device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気温度を推定するための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for estimating the exhaust temperature of an internal combustion engine.
従来より、内燃機関の排気通路や触媒コンバータなどに温度センサを配設し、排気の温度を検出して種々の制御に反映させることは知られている。また、コストの上昇を避けるために温度センサは配設せず、排気温度を推定することも提案されている。例えば特許文献1に記載の内燃機関では、空燃比センサにヒータが設けられている場合に、このヒータへの通電中にそれを一時的に中断して、素子インピーダンスの変化から排気温度を推定するようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, it has been known that a temperature sensor is provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, a catalytic converter, or the like to detect the temperature of exhaust gas and reflect it in various controls. In addition, in order to avoid an increase in cost, it has also been proposed to estimate the exhaust temperature without providing a temperature sensor. For example, in the internal combustion engine described in
しかしながら、前記特許文献1のようにヒータへの通電を一時的に中断すると、これに伴い空燃比センサの活性状態が変化してしまい、空燃比の検出精度が低下するとともに、空燃比センサの活性化に遅延が生じることにもなるから、内燃機関の空燃比制御等に悪い影響が及ぶおそれがあった。
However, if the energization of the heater is temporarily interrupted as in
この点を考慮して本発明の目的は、空燃比センサのヒータへの通電を中断することなく、排気温度を推定できるようにすることにある。 In view of this point, an object of the present invention is to enable estimation of an exhaust gas temperature without interrupting energization of a heater of an air-fuel ratio sensor.
前記の目的を達成するために本発明では、内燃機関の排気温度が主に機関負荷率や機関回転数などによって推定できるとともに、空燃比や点火時期の影響を受けることに着目した。 In order to achieve the above object, the present invention focuses on the fact that the exhaust temperature of the internal combustion engine can be estimated mainly by the engine load factor, the engine speed, etc., and is influenced by the air-fuel ratio and the ignition timing.
すなわち、本発明は、内燃機関の排気の温度を推定する装置(排気温度推定装置)を対象として、まず、少なくとも機関負荷率および機関回転数に基づいて、理論空燃比かつMBTにおける基準排気温度を算出する基準排気温度算出手段を備えている。また、空燃比センサにより検出した空燃比と前記基準排気温度とに基づいて、空燃比による排気温度への影響を表す第1の補正係数を算出する第1補正係数算出手段も備えている。 That is, the present invention is directed to an apparatus (exhaust temperature estimation apparatus) that estimates the temperature of exhaust gas from an internal combustion engine. First, based on at least the engine load factor and the engine speed, the stoichiometric air-fuel ratio and the reference exhaust temperature in MBT are determined. A reference exhaust temperature calculation means for calculating is provided. In addition, first correction coefficient calculation means for calculating a first correction coefficient representing the influence of the air-fuel ratio on the exhaust temperature based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor and the reference exhaust temperature is also provided.
さらに、本発明は、少なくとも機関負荷率、機関回転数および前記検出した空燃比に基づいて、現在の燃焼重心およびMBTにおける燃焼重心をそれぞれ算出する燃焼重心算出手段と、これらの燃焼重心の差に基づいて、燃焼重心による排気温度への影響を表す第2の補正係数を算出する第2補正係数算出手段と、これら第1および第2の補正係数と前記基準排気温度とを用いて排気温度を推定する推定演算手段と、を備えている。 Further, the present invention relates to a combustion center of gravity calculating means for calculating the current combustion center of gravity and the combustion center of gravity in MBT based on at least the engine load factor, the engine speed and the detected air-fuel ratio, and the difference between these combustion centers of gravity. Based on the second correction coefficient calculating means for calculating the second correction coefficient representing the influence of the combustion center of gravity on the exhaust temperature, and using the first and second correction coefficients and the reference exhaust temperature, the exhaust temperature is calculated. And an estimation operation means for estimating.
前記の構成により、まず、内燃機関の運転状態によって変化する排気の温度が、少なくとも機関負荷率や機関回転数(その他、バルブタイミング、EGR率など)に基づき、例えば予め設定されているマップや演算式を用いて基準排気温度算出手段により算出される。このとき、空燃比は理論空燃比であり、点火時期はMBT(Minimum Advance for Best Torque)であるとして、基準となる排気温度(基準排気温度)が算出される。 With the above configuration, first, the exhaust temperature that changes depending on the operating state of the internal combustion engine is based on at least the engine load factor and the engine speed (other than that, valve timing, EGR rate, etc.), for example, a preset map or calculation It is calculated by the reference exhaust gas temperature calculating means using the equation. At this time, assuming that the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio and the ignition timing is MBT (Minimum Advance for Best Torque), the reference exhaust temperature (reference exhaust temperature) is calculated.
また、空燃比による排気温度への影響を表す第1の補正係数が、現在の空燃比と前記基準排気温度とに基づき、例えば予め設定されているマップや演算式を用いて第1補正係数算出手段により算出される。空燃比の影響についてはリッチ側、リーン側のいずれにおいても理論空燃比よりも排気温度が低下する傾向があり、予め実験などによって調べて設定することができる。 The first correction coefficient representing the influence of the air-fuel ratio on the exhaust temperature is calculated based on the current air-fuel ratio and the reference exhaust temperature using, for example, a preset map or arithmetic expression. Calculated by means. The influence of the air-fuel ratio tends to be lower than the stoichiometric air-fuel ratio on either the rich side or the lean side, and the exhaust temperature can be determined by examination in advance.
さらに、点火時期の影響については、燃焼重心による排気温度への影響を表す第2の補正係数が第2補正係数算出手段によって算出される。すなわち、少なくとも機関負荷率、機関回転数および空燃比に基づき、例えば予め設定されているマップや演算式を用いて、現在の燃焼重心およびMBTにおける燃焼重心がそれぞれ燃焼重心算出手段により算出される。燃焼重心は点火時期の他、燃焼速度などによっても変化するが、これは予め実験などによって調べて設定することができる。 Further, regarding the influence of the ignition timing, a second correction coefficient representing the influence of the combustion center of gravity on the exhaust temperature is calculated by the second correction coefficient calculation means. That is, based on at least the engine load factor, the engine speed, and the air-fuel ratio, the combustion center of gravity and the combustion center of gravity in MBT are calculated by the combustion center of gravity calculating means, for example, using a preset map and arithmetic expression. The center of gravity of combustion changes not only by the ignition timing but also by the combustion speed, etc., but this can be set by investigating in advance through experiments or the like.
そして、現在の燃焼重心およびMBTにおける燃焼重心の差に基づき、例えば予め設定されているマップや演算式を用いて第2の補正係数が算出される。内燃機関の運転中には通常、点火時期がMBTよりも遅角側になっており、それが遅角側にあるほど燃焼重心も遅角して、燃焼圧のトルクへの変換効率が低下するので、排気温度が上昇する傾向がある。これについても予め実験などによって調べて設定すればよい。 Then, based on the difference between the current combustion gravity center and the combustion gravity center at the MBT, a second correction coefficient is calculated using, for example, a preset map or an arithmetic expression. During the operation of the internal combustion engine, the ignition timing is usually retarded from the MBT, and as the retard is on the retarded side, the combustion center of gravity is also retarded and the conversion efficiency of the combustion pressure into torque decreases. Therefore, the exhaust temperature tends to rise. Also about this, it should just examine and set by experiment etc. beforehand.
そうして基準排気温度と第1および第2の補正係数が算出されると、これらを用いて推定演算手段により排気温度が推定される。この推定値は、内燃機関の負荷率や回転数によって概ね決まる排気の温度に、空燃比の影響および燃焼重心の影響を適切に反映させたものとなるので、排気温度を正確に推定することができる。 When the reference exhaust gas temperature and the first and second correction coefficients are thus calculated, the exhaust gas temperature is estimated by the estimation calculation means using them. Since this estimated value appropriately reflects the influence of the air-fuel ratio and the influence of the combustion center of gravity on the temperature of the exhaust determined roughly by the load factor and the rotational speed of the internal combustion engine, it is possible to accurately estimate the exhaust temperature. it can.
以上、説明したように本発明に係る内燃機関の排気温度推定装置によると、機関負荷率や機関回転数など、内燃機関の運転状態の影響を織り込んだ基準排気温度に、空燃比および点火時期の変化による影響を適切に反映させて、排気温度を正確に推定することができる。その推定のために空燃比センサのヒータへの通電を中断する必要はない。 As described above, according to the exhaust gas temperature estimation device for an internal combustion engine according to the present invention, the air-fuel ratio and the ignition timing are set to the reference exhaust temperature that takes into account the influence of the operating state of the internal combustion engine such as the engine load factor and the engine speed. The exhaust temperature can be accurately estimated by appropriately reflecting the influence of the change. There is no need to interrupt the energization of the heater of the air-fuel ratio sensor for the estimation.
以下、本発明に係る排気温度推定装置を、車両に搭載されたガソリンエンジン(内燃機関)に適用した実施の形態について説明する。この実施の形態に係るエンジン1は、図1には1つのみ示すが複数の気筒2を有しており、それぞれに燃焼室11を区画するようにピストン12が収容され、コンロッド14によってクランクシャフト13と連結されている。クランクシャフト13の端部にはシグナルロータ13aが取り付けられ、その回転角(クランク角θ)を検出するようにシリンダブロック17の下部には、クランク角センサ61が配設されている。
Hereinafter, an embodiment in which an exhaust gas temperature estimating device according to the present invention is applied to a gasoline engine (an internal combustion engine) mounted on a vehicle will be described. The
一方、シリンダブロック17の上端にはシリンダヘッド18が締結されて、各気筒2の上端を閉ざしている。このシリンダヘッド18には、気筒2内に臨むように点火プラグ20が配設され、ECU100によって制御されるイグナイタ21から高電圧が供給されると、火花放電するようになっている。なお、シリンダブロック17の側壁の上部には、エンジン1の冷却水温を検出する水温センサ62が配設されている。
On the other hand, the
また、各気筒2毎の燃焼室11に連通するように、吸気通路3および排気通路4が設けられている。吸気通路3の下流側(吸気流の下流側)の部分は、シリンダヘッド18に形成された吸気ポートであり、これが燃焼室11に臨む開口に吸気バルブ31が配設されている。同様に排気通路4の上流側(排気流の上流側)の部分は排気ポートであり、その開口には排気バルブ41が配設されている。これら吸気バルブ31および排気バルブ41を動作させるための動弁系5はシリンダヘッド18に設けられている。
Further, an
一例として本実施の形態の動弁系5は、吸気バルブ31を駆動する吸気カムシャフト51と、排気バルブ41を駆動する排気カムシャフト52とを備えている。これら2つのカムシャフト51,52が、図示しないタイミングチェーンを介してクランクシャフト13により駆動されることで、吸気バルブ31および排気バルブ41は所定のタイミングで開閉される。
As an example, the
また、吸気カムシャフト51には、タイミングチェーンの巻き掛けられるスプロケットとの間に電動のVVT53が介設され、両者を相対的に回動させるようになっている。VVT53の動作は、ECU100によって制御され、これにより、クランクシャフト13の回転に対する吸気カムシャフト51の回転位相を連続的に変化させて、吸気バルブ31の開閉するタイミングを変更することができる。
In addition, an
そして、前記吸気通路3には、その上流側から順にエアクリーナ32、エアフローメータ63、吸気温センサ64(エアフローメータ63に内蔵)、および、電子制御式のスロットルバルブ33が配設されている。このスロットルバルブ33はスロットルモータ34によって駆動され、吸気の流れを絞ってエンジン1の吸気量を調整するものであり、その開度(スロットル開度)は、ECU100によって制御される。
An
また、吸気通路3には各気筒2毎に燃料噴射用のインジェクタ35も配設されており、共通のデリバリパイプ36に接続されて、図示しないが、燃料供給管を介して燃料タンクから燃料が供給されるようになっている。このインジェクタ35がECU100によって制御されて吸気通路3内に燃料が噴射されると、燃料噴霧が吸気と混じり合いながら気筒2内に吸入され、燃焼室11において混合気を形成する。
Further, an
そして、気筒2の圧縮行程においてピストン12の上昇により圧縮された混合気が点火プラグ20により点火されて燃焼すると、圧縮上死点(TDC)を越えて膨張行程に移行したピストン12を高圧の燃焼ガスが押し下げ、コンロッド14を介してクランクシャフト13を回転させるようになる。つまり、気筒2内の燃焼圧がクランク機構によってエンジン1のトルクに変換される。
Then, when the air-fuel mixture compressed by the rise of the
このような混合気の燃焼状態は一般に図2に示すような熱発生率波形によって表される。図示のグラフの横軸はクランク角θであり、縦軸は熱発生率dQ/dθである。このグラフに表れているように、混合気の燃焼によって熱発生率dQ/dθは上昇し、ピークを迎えた後に燃焼終了まで下降してゆく。この熱発生率波形のグラフの下側の部分の面積が総熱発生量Qall(燃焼による熱発生の総量)であり、その面積中心となるクランク角θが燃焼重心CA50となる。 Such a combustion state of the air-fuel mixture is generally represented by a heat release rate waveform as shown in FIG. The horizontal axis of the graph shown is the crank angle θ, and the vertical axis is the heat release rate dQ / dθ. As shown in this graph, the heat release rate dQ / dθ rises due to the combustion of the air-fuel mixture, and after reaching a peak, it falls to the end of the combustion. The area of the lower part of the graph of the heat generation rate waveform is the total heat generation amount Qall (total amount of heat generation by combustion), and the crank angle θ that is the center of the area is the combustion center of gravity CA50.
図2において破線のグラフがMBTのときの波形であり、熱発生率dQ/dθのピークが高く、燃焼期間は短くなっている。このため、燃焼圧のトルクへの変換効率が高くなって、排気の温度が低くなる傾向がある。一方、点火時期が遅角すると、実線のグラフのように熱発生率dQ/dθのピークが低くなるとともに遅角側に移動し、これに伴い、燃焼重心も遅角側に移動して、燃焼期間は長くなる。よって、トルク変換効率が低下して排気の温度が上昇する。 In FIG. 2, the broken line graph is a waveform when MBT, the peak of the heat generation rate dQ / dθ is high, and the combustion period is short. For this reason, the conversion efficiency of combustion pressure into torque tends to be high, and the temperature of exhaust gas tends to be low. On the other hand, when the ignition timing is retarded, the peak of the heat generation rate dQ / dθ is lowered and moved to the retarded side as shown by the solid line graph. The period will be longer. Therefore, the torque conversion efficiency is lowered and the exhaust temperature is raised.
なお、前記のようにピストン12を押し下げて、トルクを発生させた既燃ガスは、その後、排気バルブ41が開弁すると排気通路4へ流出し、図1に示す触媒コンバータ42によって浄化されるようになる。この触媒コンバータ42の上流側には空燃比センサ65が配設されており、排気中の酸素濃度に対応する信号をECU100に出力する。また、図示はしないが空燃比センサ65には活性化を促進するためのヒータが付設され、ECU100によって通電制御されるようになっている。
The burned gas that has generated a torque by pushing down the
さらに、図示はしないが排気通路4から排気の一部を吸気通路3に還流させて、各気筒2の燃焼室11へ再循環させるためのEGR通路が設けられている。このEGR通路には、吸気側へ流れる排気(EGRガス)の流量を調整するEGRバルブ54が設けられており、その開度がECU100によって制御されることで、EGR率(吸気中のEGRガスの割合)の制御が行われる。
Further, although not shown, an EGR passage is provided for returning a part of the exhaust from the
−ECU−
ECU100は、公知の電子制御ユニット(Electronic Control Unit)からなり、CPU、RAM、ROM、入出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータである。ROMは、エンジン1の制御プログラムなどを記憶しており、RAMはCPUでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。また、バックアップRAMは、エンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記録する。
-ECU-
The
ECU100には、図1を参照して上述したようにクランク角センサ61、水温センサ62、エアフローメータ63、吸気温センサ64、空燃比センサ65などが接続されている。また、ECU100には、車室内に設けられたアクセルペダル7の操作量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ66も接続され、さらに、図示はしないが、エンジン1の運転制御に用いられるそれ以外のセンサやスイッチも接続されている。
As described above with reference to FIG. 1, the
そして、ECU100は、前記の各種センサ、スイッチ等から入力する信号に基づいて種々の制御プログラムを実行することにより、アクセル開度やエンジン1の負荷および回転数、或いは車速等に基づいてエンジン1への要求トルクを算出し、この要求トルクを出力するように、イグナイタ21による点火時期の制御、スロットルモータ34によるスロットル開度の制御(即ち、吸気量の制御)インジェクタ35による燃料噴射の制御などを行う。
The
また、ECU100は、VVT53によるバルブタイミングの制御やEGRバルブ54によるEGR率の制御も行い、さらに、例えばエンジン1の冷間始動時に触媒コンバータ42の早期活性化のために排気温度を上昇させる制御を行ったり、高負荷運転が継続した場合に触媒コンバータ42の過度の温度上昇を抑制するために排気温度を低下させる制御を行ったりする。このためにECU100は以下のように排気温度の推定を行う。
The
−排気温度の推定−
エンジン1の排気の温度はその運転状態によって大きく変化する。本実施の形態では、ECU100においてエンジン1の負荷率およびエンジン回転数に対応付けて、空燃比、点火時期、バルブタイミング、EGR率などを制御するようにしているので、負荷率およびエンジン回転数に基づいておおよその排気温度を推定できる。
-Estimation of exhaust temperature-
The exhaust temperature of the
すなわち、まず、エンジン1の負荷率およびエンジン回転数に基づいて、基準となる排気温度(基準排気温度Texst)を設定した排気温度マップ(演算式でもよい)を備える。これは予め実験などによって設定したものであって、空燃比が理論空燃比であり、点火時期はMBT(Minimum Advance for Best Torque)であることを前提としている。なお、バルブタイミングやEGR率は、負荷率およびエンジン回転数に対応する制御値とする。
That is, first, an exhaust gas temperature map (which may be an arithmetic expression) in which a reference exhaust gas temperature (reference exhaust gas temperature Texst) is set based on the load factor of the
但し、エンジン1の負荷率およびエンジン回転数が同じであっても、空燃比や点火時期は車両の走行状態や触媒コンバータ42の温度などに応じて変化することがあるので、この空燃比や点火時期による影響を反映させるための補正を行う。例えば空燃比の影響については図3に示すように、理論空燃比からリッチ側、リーン側のいずれにずれた場合でも排気温度は低下する傾向があり、これを予め実験などによって調べている。本実施の形態では、図3のグラフを近似するように基準排気温度Texstおよび空燃比A/Fの関数:f(Texst,A/F)を設定し、これを演算式として第1の補正係数Ktを算出する。
However, even if the load factor of the
また、点火時期の影響については図2を参照して上述したように、点火時期がMBTから遅角するほど、燃焼重心CA50も遅角することになり、燃焼圧のトルクへの変換効率が低下することから、排気の温度が高くなる傾向がある。しかしながら、通常、運転時に常にMBTをトレースできるわけではなく、遅角側に制御される場合も多いので、これに応じて燃焼重心CA50も遅角するようになる。そして、この燃焼重心CA50の遅角に伴い、図4に一例を示すようにトルク変換効率が徐々に低下してゆくので、排気の温度は徐々に高くなってゆく。 Further, as described above with reference to FIG. 2 regarding the influence of the ignition timing, as the ignition timing is retarded from the MBT, the combustion center of gravity CA50 is also retarded, and the conversion efficiency of the combustion pressure into torque decreases. As a result, the temperature of the exhaust tends to increase. However, normally, the MBT cannot always be traced during operation, and is often controlled to the retard side, so that the combustion center of gravity CA50 is also retarded accordingly. As the combustion center of gravity CA50 is retarded, the torque conversion efficiency gradually decreases as shown in FIG. 4 as an example, so that the temperature of the exhaust gas gradually increases.
このような燃焼重心CA50と排気温度との相関に着目し、本実施の形態では、負荷率やエンジン回転数、空燃比などに基づき、予め設定されている演算式(図7を参照して後述する)を用いて、現在の燃焼重心CA50nowおよびMBTにおける燃焼重心CA50mbtをそれぞれ算出する。そして、これらの差ΔCA50に基づいて、排気温度を補正するための第2の補正係数Kcaを算出する。 Focusing on the correlation between the combustion center of gravity CA50 and the exhaust gas temperature, in this embodiment, based on the load factor, the engine speed, the air-fuel ratio, and the like, a preset arithmetic expression (to be described later with reference to FIG. 7). The combustion center of gravity CA50now at present and the combustion center of gravity CA50mbt at MBT are calculated respectively. Then, based on the difference ΔCA50, a second correction coefficient Kca for correcting the exhaust temperature is calculated.
一例として図5に示すように第2の補正係数Kcaの値は、MBTにおける燃焼重心CA50mbtに対応して(燃焼重心差ΔCA50=0)、Kca=1とされ、ここから点火時期の遅角に伴い燃焼重心CA50が遅角するのに連れて、即ち燃焼重心差ΔCA50が大きくなるのに連れて、2次曲線的に増大するようになっている。この関係は予め実験などによって調べたもので、本実施の形態では、図5のグラフを近似するように燃焼重心差ΔCA50の:g(ΔCA50)を設定し、これを演算式として第2の補正係数Kcaを算出する。 As an example, as shown in FIG. 5, the value of the second correction coefficient Kca is set to Kca = 1 corresponding to the combustion gravity center CA50 mbt in the MBT (combustion gravity center difference ΔCA50 = 0), and from this, the ignition timing is retarded. Accordingly, as the combustion center of gravity CA50 is retarded, that is, as the combustion center of gravity difference ΔCA50 increases, it increases in a quadratic curve. This relationship has been examined in advance by experiments and the like. In this embodiment, the combustion gravity center difference ΔCA50: g (ΔCA50) is set so as to approximate the graph of FIG. Calculate the coefficient Kca.
以下、図6に示すフローチャートを参照して、エンジン1の排気温度の推定ルーチンについて具体的に説明する。このルーチンは、エンジン1の運転中、所定のタイミング(例えば各気筒2毎の1燃焼サイクルに同期した所定のタイミング)で実行される。
Hereinafter, the exhaust temperature estimation routine of the
まず、図6におけるスタート後のステップS101では、エンジン1の運転状態を代表する負荷率およびエンジン回転数を検出する。これらはいずれもエンジン1の通常の制御のために、例えばクランク角センサ61やエアフローメータ63の信号から算出されて、ECU100のRAMに記憶されているので、ステップS101ではその値を読み込めばよい。続いてステップS102では前記の排気温度マップを参照して、理論空燃比かつMBTにおける基準排気温度Texstを算出する。
First, in step S101 after the start in FIG. 6, the load factor and the engine speed representing the operating state of the
ステップS103では、現在の空燃比を検出する。これも空燃比センサ65の信号から算出されて、エンジン1の通常の制御のためにECU100のRAMに記憶されているので、ステップS103ではその値を読み込めばよい。そして、ステップS104では、前記の演算式:Kt=f(Texst,A/F)に基準排気温度Texstおよび空燃比A/Fを代入して、第1の補正係数Ktを算出する。
In step S103, the current air-fuel ratio is detected. Since this is also calculated from the signal of the air-
続いてステップS105において、前記第1の補正係数Ktを基準排気温度Texstに乗算し、現在の空燃比かつMBTにおける排気温度、即ちMBT排気温度Texmbtを算出する。また、ステップS106では、負荷率、エンジン回転数、および空燃比の他、必要なパラメータの値に基づき、予め設定した演算式を用いてMBTの燃焼重心CA50mbtを算出する。 Subsequently, in step S105, the first correction coefficient Kt is multiplied by the reference exhaust temperature Texst to calculate the current air-fuel ratio and the exhaust temperature at MBT, that is, the MBT exhaust temperature Texmbt. In step S106, the combustion center of gravity CA50mbt of the MBT is calculated using a preset arithmetic expression based on the values of necessary parameters in addition to the load factor, engine speed, and air-fuel ratio.
この演算式は、一例を図7に示すように熱発生率波形を三角波形に近似したモデルから導かれたものである。すなわち、図2を参照して上述した熱発生率dQ/dθの波形は、それを表す4つの特性値(着火遅れτ、前半燃焼期間a、熱発生率傾きb/a、および熱発生量Qall)によって、図7のような三角波形に近似される。そして、それら4つの特性値はそれぞれ以下の式(1)〜(4)によって表される。 This arithmetic expression is derived from a model that approximates a heat release rate waveform to a triangular waveform as shown in FIG. 7 as an example. That is, the waveform of heat release rate dQ / dθ described above with reference to FIG. 2 has four characteristic values (ignition delay τ, first half combustion period a, heat release rate gradient b / a, and heat release amount Qall) ) To approximate a triangular waveform as shown in FIG. And these four characteristic values are respectively represented by the following formulas (1) to (4).
τ = C1×ρ1α×Neβ ・・・(1)
a = C2×V1γ×Neδ ・・・(2)
b/a = C3×ρ2 ×Neε ・・・(3)
Qall = Q1−Q2 ・・・(4)
なお、前記式(1)〜(4)において、ρ1,ρ2はそれぞれ、点火時期の燃料密度および燃焼ピーク時の燃料密度を表し、これらは燃料噴射量および気筒容積から算出される。また、Neはエンジン回転数を、V1は燃焼ピーク時の気筒容積を、また、Q1,Q2はそれぞれ燃料の供給量および未燃燃料量に相当する発生熱量を表している。さらに、C1〜C3、α、β、γ、δ、εは実験等によって設定される係数である。
τ = C 1 × ρ 1 α × Neβ (1)
a = C 2 × V 1 γ × Neδ (2)
b / a = C 3 × ρ 2 × Neε (3)
Qall = Q 1- Q 2 (4)
In the equations (1) to (4), ρ 1 and ρ 2 represent the fuel density at the ignition timing and the fuel density at the combustion peak, respectively, and these are calculated from the fuel injection amount and the cylinder volume. Further, Ne represents the engine speed, V 1 represents the cylinder volume at the combustion peak, and Q 1 and Q 2 represent the amount of heat generated corresponding to the amount of fuel supplied and the amount of unburned fuel, respectively. Furthermore, C 1 to C 3 , α, β, γ, δ, and ε are coefficients set by experiments or the like.
前記の式(1)〜(4)に現在のエンジン1の運転状態を表すパラメータ値を代入し、点火時期はMBT、空燃比は理論空燃比として三角波形を算出した上で、その下側の面積中心となるクランク角θをMBTの燃焼重心CA50mbtとして算出することができる。同様にしてステップS107では、現在の点火時期における燃焼重心CA50nowを算出することができる。
Substituting the parameter values representing the current operating state of the
続いてステップS108において、燃焼重心差ΔCA50を算出する。現在の燃焼重心はMBTよりも遅角しているはずなので、遅角側を正として現在の燃焼重心CA50nowからMBTの燃焼重心CA50mbtを減算する。こうして算出した燃焼重心差ΔCA50に基いてステップS109では、前記の演算式:Kca=g(ΔCA50)に燃焼重心差ΔCA50を代入して第2の補正係数Kcaを算出し、ステップS110に進む。 Subsequently, in step S108, a combustion gravity center difference ΔCA50 is calculated. Since the current combustion center of gravity should be retarded from the MBT, the combustion center CA50mbt of the MBT is subtracted from the current combustion center of gravity CA50now with the retard side as positive. In step S109, based on the combustion gravity center difference ΔCA50 calculated in this way, the combustion gravity center difference ΔCA50 is substituted into the above-mentioned arithmetic expression: Kca = g (ΔCA50) to calculate a second correction coefficient Kca, and the process proceeds to step S110.
このステップS110では、前記ステップS105で算出したMBT排気温度Texmbtに第2の補正係数Kcaを乗算して、現在の空燃比および点火時期における排気温度Tex(推定値)を算出して、ルーチンを終了する(エンド)。つまり、本実施の形態では基準排気温度Texstに第1の補正係数Ktおよび第2の補正係数Kcaを乗算して、排気温度を推定するようにしている。 In step S110, the MBT exhaust temperature Texmbt calculated in step S105 is multiplied by the second correction coefficient Kca to calculate the current air fuel ratio and the exhaust temperature Tex (estimated value) at the ignition timing, and the routine is ended. To (end). That is, in the present embodiment, the exhaust gas temperature is estimated by multiplying the reference exhaust gas temperature Texst by the first correction coefficient Kt and the second correction coefficient Kca.
前記図6のフローのステップS102を実行することによってECU100は、機関負荷率および機関回転数に基づいて、理論空燃比かつMBTにおける基準排気温度Texstを算出する基準排気温度算出手段を構成し、ステップS104を実行することによって、空燃比センサ65により検出した空燃比と基準排気温度Texstとに基づいて、空燃比による排気温度への影響を表す第1の補正係数Ktを算出する第1補正係数算出手段を構成する。
By executing step S102 of the flow of FIG. 6, the
また、前記フローのステップS106,S107を実行することによってECU100は、少なくとも負荷率、エンジン回転数および空燃比に基づいて、現在の燃焼重心CA50nowおよびMBTにおける燃焼重心CA50mbtをそれぞれ算出する燃焼重心算出手段を構成し、ステップS108,S109を実行することによって、燃焼重心差ΔCA50mbtに基づいて、燃焼重心CA50による排気温度への影響を表す第2の補正係数Kcaを算出する第2補正係数算出手段を構成する。
Further, by executing steps S106 and S107 of the flow, the
さらに、前記フローのステップS105,S110を実行することによってECU100は、基準排気温度Texstと第1および第2の補正係数Kt,Kcaとを用いて、排気温度Tecを算出(推定)する推定演算手段を構成する。
Further, by executing steps S105 and S110 of the flow, the
以上、説明したように本実施の形態に係る排気温度推定装置によると、エンジン1の負荷率やエンジン回転数などの運転状態から推定した基準排気温度に、空燃比および点火時期の変化の影響を適切に反映させて、排気温度を正確に推定することができる。この際、従来、公知の方法(特許文献1)のように空燃比センサ65へのヒータ通電を中断する必要はない。
As described above, according to the exhaust gas temperature estimation device according to the present embodiment, the influence of changes in the air-fuel ratio and the ignition timing is affected on the reference exhaust gas temperature estimated from the operating state such as the load factor of the
−他の実施の形態−
以上、説明した実施の形態の記載はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することを意図しない。例えば前記実施の形態では、図6のフローのステップS106,S107において、熱発生率波形のモデルから導かれた演算式を用いて燃焼重心CA50を算出するようにしているが、これに限らず、例えばエンジン1に筒内圧センサが配設されている場合は、その検出値から公知の手法で燃焼重心を算出することができる。
-Other embodiment-
The description of the embodiment described above is merely an example, and is not intended to limit the configuration or use of the present invention. For example, in the above embodiment, in steps S106 and S107 of the flow of FIG. 6, the combustion gravity center CA50 is calculated using an arithmetic expression derived from a heat release rate waveform model, but the invention is not limited thereto. For example, when an in-cylinder pressure sensor is provided in the
また、前記実施の形態において、図6のフローによって推定した排気温度Texを、さらにエンジン1の水温や油温に応じて補正するようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the exhaust temperature Tex estimated by the flow of FIG. 6 may be further corrected according to the water temperature and the oil temperature of the
さらに、前記実施の形態では、車両に搭載されたガソリンエンジン1に本発明を適用した場合について説明したが、これにも限定されず、本発明は、例えばアルコールエンジン、ガスエンジンなど、ガソリンエンジン以外の火花点火式エンジンに適用することもでき、勿論、電動モータを併設したハイブリッドパワートレインであっても構わない。また、本発明は車両以外のエンジンにも適用可能である。
Furthermore, although the case where the present invention is applied to the
本発明は、エンジンの排気系に温度センサを配設することなく、排気温度を推定できるものであり、車両に搭載される火花点火式エンジンに適用して効果が高い。 The present invention can estimate the exhaust gas temperature without arranging a temperature sensor in the exhaust system of the engine, and is highly effective when applied to a spark ignition engine mounted on a vehicle.
1 エンジン(内燃機関)
65 空燃比センサ
100 ECU(基準排気温度算出手段、第1補正係数算出手段、燃焼重心算出手段、第2補正係数算出手段、推定演算手段)
1 Engine (internal combustion engine)
65 air-
Claims (1)
少なくとも機関負荷率および機関回転数に基づいて、理論空燃比かつMBTにおける基準排気温度を算出する基準排気温度算出手段と、
空燃比センサにより検出した空燃比と前記基準排気温度とに基づいて、空燃比による排気温度への影響を表す第1の補正係数を算出する第1補正係数算出手段と、
少なくとも機関負荷率、機関回転数および前記検出した空燃比に基づいて、現在の燃焼重心およびMBTにおける燃焼重心をそれぞれ算出する燃焼重心算出手段と、
前記現在の点火時期およびMBTにおける燃焼重心の差に基づいて、燃焼重心による排気温度への影響を表す第2の補正係数を算出する第2補正係数算出手段と、
前記基準排気温度と前記第1および第2の補正係数とを用いて、排気温度を推定する推定演算手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気温度推定装置。 An apparatus for estimating the temperature of exhaust gas from an internal combustion engine,
A reference exhaust gas temperature calculating means for calculating a reference air temperature at a theoretical air-fuel ratio and MBT based on at least the engine load factor and the engine speed;
First correction coefficient calculating means for calculating a first correction coefficient representing the influence of the air-fuel ratio on the exhaust temperature based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor and the reference exhaust temperature;
Combustion center of gravity calculation means for calculating the current combustion center of gravity and the combustion center of gravity in MBT based on at least the engine load factor, the engine speed and the detected air-fuel ratio,
Second correction coefficient calculating means for calculating a second correction coefficient representing the influence of the combustion center of gravity on the exhaust temperature based on the current ignition timing and the difference of the combustion center of gravity in MBT;
An exhaust gas temperature estimation device for an internal combustion engine, comprising: an estimation calculation means for estimating an exhaust gas temperature using the reference exhaust gas temperature and the first and second correction coefficients.
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