JP7310321B2 - engine controller - Google Patents
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Description
ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。 The technology disclosed herein relates to an engine control device.
特許文献1には、エンジンルーム内の排気管の温度を予測する技術が記載されている。具体的に、エンジンの制御装置は、エンジンの運転状態に基づいて排気ガスの温度を予測すると共に、予測した排気ガスの温度と、車速及びラジエータの冷却ファンの回転数に基づく排気管の放熱係数と、に基づいて、排気管の温度を予測する。また、予測した排気管の温度に関連する排気管熱量が所定熱量よりも大きい場合、制御装置は、冷却ファンの回転数を上げる。これにより、排気管近傍のブレーキホースが高温に曝されることが抑制される。
ところで、排気管には、エンジンから排出される排気ガス中の有害物質を減らす浄化装置が取り付けられている。浄化装置は、触媒装置及び/又はフィルタ装置を含む。触媒装置は、活性温度未満の場合、排気ガスの浄化率が低くなるため、触媒装置の温度は、活性温度以上に維持することが好ましい。 By the way, the exhaust pipe is equipped with a purifying device for reducing harmful substances in the exhaust gas discharged from the engine. Purification devices include catalytic devices and/or filter devices. If the temperature of the catalytic device is lower than the activation temperature, the purification rate of the exhaust gas becomes low. Therefore, the temperature of the catalytic device is preferably maintained at the activation temperature or higher.
自動車の走行中は、例えばエンジンの負荷が高くなることに伴い排気ガスの温度が高くなる。排気ガスの温度が高くなると触媒装置の温度が過剰に高くなる恐れがある。触媒装置の温度が過剰に高くなると、触媒装置の信頼性が低下してしまう。制御装置は、エンジンの運転中に、浄化装置に導入される排気ガスの温度を精度良く把握する必要がある。 While the automobile is running, for example, the temperature of the exhaust gas increases as the load on the engine increases. If the temperature of the exhaust gas rises, the temperature of the catalytic device may become excessively high. If the temperature of the catalytic converter becomes excessively high, the reliability of the catalytic converter is lowered. The control device needs to accurately grasp the temperature of the exhaust gas introduced into the purification device while the engine is running.
例えば特許文献1に記載されている技術を応用し、制御装置が、エンジンの運転状態や排気管の放熱等に基づいて、浄化装置の入口における排気ガスの温度を推定することが考えられる。
For example, applying the technology described in
ここで、本願出願人は、SI(Spark Ignition)燃焼とCI(Compression Ignition)燃焼とを組み合わせたSPCCI(SPark Controlled Compression Ignition)燃焼を提案している。SPCCI燃焼は、エンジンが一部の運転状態にある場合は、理論空燃比よりも大幅に燃料リーンにした混合気を、安定的に燃焼させることが可能である。燃料リーンな混合気を燃焼させることによって、エンジンは熱効率が高まる。エンジンの熱効率が高まると、自動車の燃費性能が向上する。 Here, the applicant of the present application has proposed SPCCI (SPark Controlled Compression Ignition) combustion, which is a combination of SI (Spark Ignition) combustion and CI (Compression Ignition) combustion. SPCCI combustion can stably burn an air-fuel mixture whose fuel is significantly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio when the engine is in a partial operating state. By burning a fuel-lean mixture, the engine becomes more thermally efficient. If the thermal efficiency of the engine increases, the fuel efficiency of the automobile will improve.
エンジンがリーン混合気を安定的に燃焼させるためには、エンジンルーム内の温度は比較的高い方が有利である。そこで、エンジンルーム内へ走行風を導入する走行風導入口に、走行風導入口の開度を変更する調節部を設けることが考えられる。エンジンがリーン混合気を燃焼させる場合に、調節部が走行風導入口を閉じると、エンジンルーム内への空気の導入を抑制することができる。 In order for the engine to stably burn the lean air-fuel mixture, it is advantageous for the temperature in the engine room to be relatively high. Therefore, it is conceivable to provide an adjustment section for changing the opening degree of the running wind introduction port in the running wind introduction port for introducing the running wind into the engine room. When the engine burns a lean air-fuel mixture, the introduction of air into the engine room can be suppressed by closing the airflow introduction port.
走行風導入口の開閉によって、エンジンルーム内の温度や風速が変化する。特許文献1に記載されている技術は、走行風導入口の開閉の影響を考慮していないため、浄化装置の入口における排気ガスの温度を精度良く推定することができない。
The temperature and wind speed in the engine room change by opening and closing the running wind introduction port. The technique described in
ここに開示する技術は、浄化装置の入口における排気ガスの温度を、精度良く推定する。 The technology disclosed herein accurately estimates the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purifier.
具体的にここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。 Specifically, the technology disclosed herein relates to an engine control device.
このエンジンの制御装置は、
エンジンルーム内に配設されたエンジンと、
走行風導入口から前記エンジンルーム内へ空気を導入する開状態と、前記空気の導入を抑制する閉状態とに、前記走行風導入口の開度を変更する調節部と、
前記エンジンの排気ガス中の有害物質を減らす浄化装置と、
前記エンジンと前記浄化装置とをつなぐと共に、前記エンジンルーム内に配設された排気管と、
所定の時間間隔で演算を繰り返すことにより、前記浄化装置の入口における排気ガスの温度を時系列で推定すると共に、推定した温度に応じて前記エンジンを制御する制御部と、を備え、
前記排気管は、前記排気ガスに接する内表面と、前記エンジンルーム内に露出する外表面と、を有する。
The controller of this engine is
an engine arranged in an engine room;
an adjustment unit that changes the degree of opening of the running wind introduction port between an open state in which air is introduced into the engine room from the running wind introduction port and a closed state in which introduction of the air is suppressed;
a purification device for reducing harmful substances in exhaust gas of the engine;
an exhaust pipe arranged in the engine room and connecting the engine and the purification device;
a control unit for estimating the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device in chronological order by repeating calculations at predetermined time intervals , and for controlling the engine according to the estimated temperature ;
The exhaust pipe has an inner surface in contact with the exhaust gas and an outer surface exposed in the engine room .
そして、前記制御部は、
前記走行風導入口の開度と、車速とから、前記排気管の周囲の空気の風速を算出し、
前記風速と、前記エンジンルーム内に導入される空気の温度と、前記排気管の外表面温度Tcとに基づいて、前記排気管の周囲の雰囲気温度Tdを算出し、
前記風速と、前記雰囲気温度Tdと、前記排気管の外表面温度Tcとに基づいて、前記排気管から外部への熱伝達による第1放熱量Q1を算出し、
前記排気管の前回の内表面温度Tbと、少なくとも前記第1放熱量Q1とに基づいて前記排気管の内表面温度Tbを推定すると共に、推定した排気管の内表面温度Tbと、前記エンジンから前記排気管へ導入する排気ガスの温度Ta及び流量とに基づいて、前記浄化装置の入口における排気ガスの温度を推定する。
Then, the control unit
calculating the wind speed of the air around the exhaust pipe from the opening of the running wind introduction port and the vehicle speed;
calculating an ambient temperature Td around the exhaust pipe based on the wind speed, the temperature of the air introduced into the engine room, and the outer surface temperature Tc of the exhaust pipe;
calculating a first heat release amount Q1 by heat transfer from the exhaust pipe to the outside based on the wind speed, the ambient temperature Td , and the outer surface temperature Tc of the exhaust pipe;
estimating the inner surface temperature Tb of the exhaust pipe based on the previous inner surface temperature Tb of the exhaust pipe and at least the first heat release amount Q1 ; Based on the temperature Ta and the flow rate of the exhaust gas introduced into the exhaust pipe, the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device is estimated.
エンジンから排気管へ導入された排気ガスは、排気管を通じて放熱をしながら排気管内を流れて、触媒装置の入口へと至る。制御部は、エンジンから排気管へ導入する排気ガスの温度及び流量と、排気管の温度とに基づいて、排気ガスの放熱量を算出すると共に、その放熱量に基づいて浄化装置の入口における排気ガスの温度を推定する。 Exhaust gas introduced from the engine into the exhaust pipe flows through the exhaust pipe while radiating heat, and reaches the inlet of the catalyst device. The control unit calculates the heat release amount of the exhaust gas based on the temperature and flow rate of the exhaust gas introduced from the engine into the exhaust pipe and the temperature of the exhaust pipe, and calculates the exhaust gas at the inlet of the purification device based on the heat release amount. Estimate the temperature of the gas.
エンジンルーム内に走行風を導入する走行風導入口には、調節部が設けられている。調節部が走行風導入口を開状態にした場合は、走行風導入口からエンジンルーム内へ空気が導入される。調節部が走行風導入口を閉状態にした場合は、走行風導入口からエンジンルーム内への空気の導入が抑制される。走行風導入口の開度に応じて、エンジンルーム内へ導入される空気の流量が変化する。尚、調節部は、走行風導入口を全開と全閉とに切り替わるよう構成してもよい。調節部は、走行風導入口を全開と全閉との中間開度に調整可能に構成してもよい。 An adjustment unit is provided at a running wind introduction port that introduces running wind into the engine room. When the adjustment unit opens the running wind introduction port, air is introduced into the engine room through the running wind introduction port. When the adjustment unit closes the running wind introduction port, introduction of air into the engine room through the running wind introduction port is suppressed. The flow rate of the air introduced into the engine room changes according to the opening degree of the running wind introduction port. Incidentally, the control unit may be configured to switch the running wind introduction port between fully open and fully closed. The adjustment unit may be configured to be able to adjust the opening of the wind introduction port to an intermediate opening degree between fully open and fully closed.
制御部は、走行風導入口の開度と、車速とから、エンジンルーム内に配設された排気管の周囲の空気の風速を算出する。例えば、走行風導入口の開度と車速とを変更しながら、排気管の周囲において風速を計測すると共に、その統計データに基づいて風速マップを作成してもよい。制御部は、作成した風速マップに基づいて風速を算出することができる。 The control unit calculates the wind speed of the air around the exhaust pipe arranged in the engine room from the opening degree of the running wind introduction port and the vehicle speed. For example, the wind speed may be measured around the exhaust pipe while changing the opening of the running wind inlet and the vehicle speed, and a wind speed map may be created based on the statistical data. The controller can calculate the wind speed based on the created wind speed map.
また、制御部は、前記風速と、エンジンルーム内に導入される空気の温度と、排気管の外表面温度とに基づいて、排気管の周囲の雰囲気温度を算出する。前記と同様に、各パラメータを変更しながら、排気管の周囲において雰囲気温度を計測すると共に、その統計データに基づいて温度マップを作成してもよい。制御部は、作成した温度マップに基づいて雰囲気温度を算出することができる。 Further, the control unit calculates the ambient temperature around the exhaust pipe based on the wind speed, the temperature of the air introduced into the engine room, and the outer surface temperature of the exhaust pipe. Similarly to the above, the ambient temperature around the exhaust pipe may be measured while changing each parameter, and a temperature map may be created based on the statistical data. The controller can calculate the ambient temperature based on the created temperature map.
排気管の周囲の風速及び雰囲気温度が定まると、制御部は、排気管の外表面温度に基づいて、排気管から外部への熱伝達による第1放熱量を算出することができる。排気管から外部への第1放熱量が定まれば、制御部は、排気管の温度を算出することができる。排気管から外部への第1放熱量を算出するに際し走行風導入口の開度が考慮されているため、制御部は、排気管の温度を精度良く算出することができる。 When the wind speed and ambient temperature around the exhaust pipe are determined, the control unit can calculate the first heat release amount due to heat transfer from the exhaust pipe to the outside based on the outer surface temperature of the exhaust pipe. Once the first heat release amount from the exhaust pipe to the outside is determined, the controller can calculate the temperature of the exhaust pipe. Since the degree of opening of the running wind introduction port is taken into consideration when calculating the first heat release amount from the exhaust pipe to the outside, the controller can accurately calculate the temperature of the exhaust pipe.
そして、制御部は、算出した排気管の温度と、エンジンから排気管へ導入する排気ガスの温度及び流量と、に基づいて、エンジンルーム内の浄化装置の入口における排気ガスの温度を、精度良く推定することができる。 Then, based on the calculated temperature of the exhaust pipe and the temperature and flow rate of the exhaust gas introduced into the exhaust pipe from the engine, the control unit accurately adjusts the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device in the engine room. can be estimated.
前記制御部は、前記エンジンルームの構成から予め定めた輻射モデルと、前記排気管の外表面温度Tcと、前記輻射モデルに関係する温度であって、前記排気管の周囲に存在する部品の温度Teとに基づいて、前記排気管から外部への輻射による第2放熱量Q2を算出し、
前記制御部は、前記排気管の前回の内表面温度Tbと、少なくとも前記第1放熱量Q1と前記第2放熱量Q2とに基づいて、前記排気管の内表面温度Tbを推定する、としてもよい。
The control unit controls a radiation model predetermined from the configuration of the engine room, an outer surface temperature Tc of the exhaust pipe, and a temperature related to the radiation model, which is the temperature of parts existing around the exhaust pipe. Based on Te , a second heat release amount Q2 due to radiation from the exhaust pipe to the outside is calculated,
The control unit estimates the inner surface temperature Tb of the exhaust pipe based on the previous inner surface temperature Tb of the exhaust pipe and at least the first heat release amount Q1 and the second heat release amount Q2 . good.
エンジンルーム内に配設された排気管は、様々な部品等に囲まれている。排気管から外部への放熱は、熱伝達による放熱の他にも、輻射による放熱がある。制御部は、排気管の外表面温度と、排気管の周囲の壁の温度とに基づいて、排気管から外部への輻射による第2放熱量を算出する。排気管の周囲の壁は、排気管の周囲に存在するエンジン関連の部品や、エンジンルームを構成する部品の外表面を意味する。排気管の周囲の壁の温度は、例えば、前記で算出した排気管の周囲の雰囲気温度と等しい、としてもよい。排気管の周囲の雰囲気温度を算出するに際し、走行風導入口の開度が考慮されているため、制御部は、輻射による第2放熱量を精度良く算出することができる。 An exhaust pipe arranged in an engine room is surrounded by various parts and the like. Heat dissipation from the exhaust pipe to the outside includes heat dissipation by radiation in addition to heat dissipation by heat transfer. The control unit calculates a second heat release amount due to radiation from the exhaust pipe to the outside based on the outer surface temperature of the exhaust pipe and the temperature of the wall surrounding the exhaust pipe. The wall around the exhaust pipe means the outer surface of engine-related parts around the exhaust pipe and parts constituting the engine room. The temperature of the wall around the exhaust pipe may, for example, be equal to the ambient temperature around the exhaust pipe calculated above. When calculating the ambient temperature around the exhaust pipe, the degree of opening of the running air inlet is taken into consideration, so the control section can accurately calculate the second heat release amount due to radiation.
制御部は、少なくとも第1放熱量と第2放熱量とに基づいて排気管の温度を推定することにより、排気管の温度を、より精度良く推定することができる。その結果、制御部は、エンジンルーム内の浄化装置の入口における排気ガスの温度を、より精度良く推定することができる。 By estimating the temperature of the exhaust pipe based on at least the first heat release amount and the second heat release amount, the control unit can more accurately estimate the temperature of the exhaust pipe. As a result, the control unit can more accurately estimate the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device in the engine room.
前記制御部は、前記排気管内の排気ガスの温度Taと、前記排気ガスの流量と、前記排気管の前回の内表面温度Tbとに基づいて、前記排気ガスから前記排気管への熱伝達による第3放熱量Q3を算出し、
前記制御部は、前記排気管の前回の内表面温度Tbと、少なくとも前記第1放熱量Q1と前記第3放熱量Q3とに基づいて、前記排気管の内表面温度Tbを推定する、としてもよい。
Based on the temperature Ta of the exhaust gas in the exhaust pipe, the flow rate of the exhaust gas, and the previous inner surface temperature Tb of the exhaust pipe, the control unit controls heat transfer from the exhaust gas to the exhaust pipe. Calculate the third heat release amount Q3 ,
The control unit estimates the inner surface temperature Tb of the exhaust pipe based on the previous inner surface temperature Tb of the exhaust pipe and at least the first heat release amount Q1 and the third heat release amount Q3 . good.
排気管は、外部へ放熱する他に、排気管内の排気ガスから受熱する。制御部は、排気管内の排気ガスの温度と、排気ガスの流量と、排気管の前回の温度とに基づいて、排気ガスから排気管への熱伝達による第3放熱量、つまり、排気管の受熱量を算出する。制御部は、少なくとも第1放熱量と第3放熱量とに基づいて、排気管の温度を推定することにより、排気管の温度を、より精度良く推定することができる。その結果、制御部は、エンジンルーム内の浄化装置の入口における排気ガスの温度を、より精度良く推定することができる。
In addition to radiating heat to the outside, the exhaust pipe also receives heat from the exhaust gas inside the exhaust pipe. Based on the temperature of the exhaust gas in the exhaust pipe, the flow rate of the exhaust gas, and the previous temperature of the exhaust pipe, the control unit calculates a third heat release amount due to heat transfer from the exhaust gas to the exhaust pipe, that is, the exhaust pipe. Calculate the amount of heat received. By estimating the temperature of the exhaust pipe based on at least the first heat release amount and the third heat release amount, the control unit can more accurately estimate the temperature of the exhaust pipe. As a result, the control unit can more accurately estimate the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device in the engine room.
前記排気管は、前記内表面を構成する本体と、前記本体を覆う断熱材と、前記断熱材を囲みかつ、前記外表面を構成する外皮と、を有し、
前記制御部は、前記内表面温度としての前記本体の前回の温度Tbと、前記外表面温度としての前記外皮の温度Tcとに基づいて、前記排気管の熱伝導による第4放熱量Q4を算出し、
前記制御部は、前記本体の前回の温度Tbと、少なくとも前記第1放熱量Q1と前記第4放熱量Q4とに基づいて、前記本体の温度Tbを推定する、としてもよい。
The exhaust pipe has a main body that forms the inner surface , a heat insulating material that covers the main body, and a skin that surrounds the heat insulating material and forms the outer surface ,
The control unit calculates a fourth heat release amount Q4 by heat conduction of the exhaust pipe based on the previous temperature Tb of the main body as the inner surface temperature and the outer skin temperature Tc as the outer surface temperature. death,
The control unit may estimate the temperature Tb of the main body based on the previous temperature Tb of the main body and at least the first heat radiation amount Q1 and the fourth heat radiation amount Q4 .
排気管が断熱材を有している場合、制御部が排気管の温度を算出する際には、断熱材の熱伝導による放熱を考慮する必要がある。制御部は、本体の前回の温度と、外皮の温度とに基づいて、排気管の熱伝導による第4放熱量を算出する。
If the exhaust pipe has a heat insulating material, it is necessary to consider the heat dissipation due to the heat conduction of the heat insulating material when the control unit calculates the temperature of the exhaust pipe. The control unit calculates a fourth heat release amount due to heat conduction of the exhaust pipe based on the previous temperature of the main body and the temperature of the outer skin.
制御部は、少なくとも第1放熱量と第4放熱量とに基づいて、排気管の温度、正確には、排気ガスに接する本体の温度をより精度良く推定することができる。その結果、制御部は、エンジンルーム内の浄化装置の入口における排気ガスの温度を、より精度良く推定することができる。 Based on at least the first heat release amount and the fourth heat release amount, the control unit can more accurately estimate the temperature of the exhaust pipe, more precisely, the temperature of the main body in contact with the exhaust gas. As a result, the control unit can more accurately estimate the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device in the engine room.
前記制御部は、前記走行風導入口の開度が大きい場合の方が、小さい場合よりも前記風速を高く算出する、としてもよい。 The control unit may calculate the wind velocity higher when the opening of the running wind introduction port is larger than when the opening is small.
走行風導入口の開度が大きいと、走行風導入口からエンジンルーム内へ導入される空気の流量が増えるため、排気管の周囲の風速が高まる。制御部は、走行風導入口の開度に応じた風速を正確に算出することができる。 When the opening degree of the running wind introduction port is large, the flow rate of the air introduced into the engine room from the running wind introduction port increases, so the wind speed around the exhaust pipe increases. The control unit can accurately calculate the wind speed according to the opening of the running wind introduction port.
車速の上昇に対する前記風速の上昇率は、前記走行風導入口の開度が大きい場合の方が、小さい場合よりも高い、としてもよい。 The increase rate of the wind speed with respect to the increase of the vehicle speed may be higher when the opening degree of the running wind introduction port is larger than when the opening degree is small.
前述したように走行風導入口の開度が大きいと、走行風導入口からエンジンルーム内へ導入される空気の流量が増えるため、車速が上昇したときに風速が大きく上昇する。制御部は、走行風導入口の開度と車速とに応じた風速を正確に算出することができる。 As described above, when the opening degree of the airflow introduction port is large, the flow rate of the air introduced into the engine room from the airflow introduction port increases, so the wind speed greatly increases when the vehicle speed increases. The controller can accurately calculate the wind speed according to the opening of the running wind introduction port and the vehicle speed.
前記制御部は、推定した排気ガスの温度が、所定値よりも高い場合は、前記エンジンから前記排気管へ導入する排気ガスの温度が低くなるよう、前記エンジンを制御する、としてもよい。 When the estimated temperature of the exhaust gas is higher than a predetermined value, the control unit may control the engine so that the temperature of the exhaust gas introduced from the engine into the exhaust pipe becomes lower.
制御部は、推定された排気ガスの温度が所定値よりも高い場合、例えばエンジンに供給する燃料量を増やしてもよい。燃料量が増えると、燃料の気化潜熱によりエンジンから排出される排気ガスの温度が下がる。排気ガスの温度が下がると、浄化装置の温度が高くなりすぎることが抑制される。浄化装置は、信頼性を維持することができる。 If the estimated temperature of the exhaust gas is higher than a predetermined value, the controller may increase the amount of fuel supplied to the engine, for example. As the amount of fuel increases, the latent heat of vaporization of the fuel lowers the temperature of the exhaust gas discharged from the engine. When the temperature of the exhaust gas is lowered, the temperature of the purification device is suppressed from becoming too high. The purifier can remain reliable.
前記走行風導入口は、エンジンルーム前部に設けられたグリルであり、
前記調節部は、前記グリルに設けられたグリルシャッターである、としてもよい。
The running wind introduction port is a grill provided in the front part of the engine room,
The adjustment unit may be a grill shutter provided on the grill.
以上説明したように、前記のエンジンの制御装置は、エンジンルーム内の浄化装置の入口における排気ガスの温度を、精度良く推定することができる。 As described above, the engine control device can accurately estimate the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device in the engine room.
以下、エンジンの制御装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するエンジンの制御装置は例示である。 Hereinafter, embodiments of an engine control device will be described with reference to the drawings. The engine control system described here is an example.
(エンジンの構成)
図1は、エンジン、浄化装置及びセンサの配置を例示する自動車前部の断面図であり、図2は、エンジン及び浄化装置の配置を例示する自動車前部の平面図である。
(Engine configuration)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the front of the vehicle illustrating the arrangement of the engine, purifier and sensors, and FIG. 2 is a plan view of the front of the vehicle illustrating the arrangement of the engine and purifier.
自動車の前部のエンジンルーム90内には、エンジン1と、エンジン1に連結された変速機93とが配設されている。図例のエンジン1は、複数の気筒18(図例では、4つの気筒18)が一列に配設された直列エンジンである。エンジン1は、その気筒列の方向が、自動車の車幅方向に一致するように配置されている。エンジン1は、いわゆる横置きである。
An
エンジン1は、気筒18が吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返すことにより運転する4ストロークエンジンである。エンジン1の燃料は、この構成例においては、ガソリンである。燃料は、少なくともガソリンを含む液体燃料であればよい。エンジン1はまた、点火プラグ82(図4参照)が気筒18内の混合気に点火をする火花点火式エンジンである。
The
エンジン1は、シリンダヘッド11、シリンダブロック12及びオイルパン13を有している。シリンダヘッド11はシリンダブロック12の上に連結され、オイルパン13はシリンダブロック12の下に取り付けられている。
The
シリンダヘッド11には、図1に示すように、気筒18内に吸気を導入するための吸気ポート111が形成されていると共に、気筒18内から排気ガスを導出するための排気ポート112が形成されている。吸気ポート111には、図示を省略するが、クランクシャフトの回転に同期して開閉する吸気弁が配設されている。排気ポート112には、クランクシャフトの回転に同期して開閉する排気弁が配設されている。
As shown in FIG. 1, the cylinder head 11 is formed with an
エンジン1の前側には、吸気マニホールド14が取り付けられている。吸気マニホールド14は、各吸気ポート111と連通している。吸気マニホールド14は、各気筒18内へ吸気を導入する。吸気マニホールド14には、吸気管15が接続されている。吸気管15の上流端には、自動車の前方に向かって開口した吸気取込口16が形成されている。吸気管15の途中にはエアクリーナー17が設けられている。
An
エンジン1の後側には、排気マニホールド(つまり、独立排気管)20が取り付けられている。排気マニホールド20は、各排気ポート112と連通している。排気マニホールド20は、各気筒18から排気ガスを導出する。排気マニホールド20には、浄化装置22が接続されている。浄化装置22は、排気ガス中の有害物質を減らす。浄化装置22は、詳細な図示は省略するが、三元触媒とGPF(Gasoline Particulate Filter)とを有している。
An exhaust manifold (that is, an independent exhaust pipe) 20 is attached to the rear side of the
浄化装置22には、排気管21が接続されている。排気管21は、浄化装置22から後方に向かって延びている。排気管21は、トンネル91内に配設されている。トンネル91は、ダッシュパネル92に接続されている。ダッシュパネル92は、エンジンルーム90の後部を形成する。トンネル91内の空間は、エンジンルーム90につながっている。トンネル91の下部は、開放されている。
An
トンネル91内の排気管21には、センサケース26が介設している。センサケース26は、後述するNOxセンサSW10を有している。NOxセンサSW10は、浄化装置22の下流に位置している。
A
エンジン1には、EGR装置が設けられている。EGR装置は、排気ガスの一部を、EGRガスとして吸気に還流する。EGR装置は、EGR通路23と、EGRクーラー24と、EGR弁25とを有している。EGR通路23は、排気管21(より詳細には浄化装置22の下流端部)と吸気管15とを連結する。EGRクーラー24は、EGR通路23の途中に設けられかつ、EGRガスを冷却する。EGR弁25は、吸気に還流するEGRガス量を調節する。
The
エンジンルーム90の前部には、走行風導入口としてのグリル60が形成されている。グリル60の後方に、ラジエータ40と、冷却ファン42とが配設されている。ラジエータ40は、エンジン1の前方に位置し、冷却ファン42は、ラジエータ40とエンジン1との間に位置している。ラジエータ40は、エンジン1の冷却液を冷却する。冷却ファン42が作動すると、グリル60からエンジンルーム90内への空気の導入が促進される。
A front portion of the
ここで、エンジン1は、一部の運転領域において、SI燃焼とCI燃焼とを組み合わせたSPCCI燃焼を行う。その他の運転領域において、エンジン1は、SI燃焼を行う。SPCCI燃焼は、SI燃焼による発熱と圧力上昇とを利用して、CI燃焼をコントロールする。CI燃焼を含むSPCCI燃焼は、燃費の向上及び排出ガス性能の向上に有利である。エンジン1は、SPCCI燃焼を行う場合は、混合気の空燃比を、理論空燃比にする場合(つまり、ストイキSPCCI)と、理論空燃比よりもリーンにする場合(つまり、リーンSPCCI)と、がある。エンジン1は、SI燃焼を行う場合は、混合気の空燃比を、理論空燃比にする。
Here, the
エンジン1がリーンSPCCI燃焼を行う場合、エンジン1及びエンジンルーム90内の温度を比較的高く維持した方が、燃焼の安定に有利である。そこで、この自動車は、エンジンルーム90内への空気の導入量を調節するグリルシャッター65を備えている。グリルシャッター65は調節部の一例である。
When the
グリルシャッター65は、グリル60に設けられている。グリルシャッター65は、上下方向に並んだ複数のフィン66を有している。各フィン66は、回動可能に構成されている。グリルシャッター65は、フィン66の向きが自動車の走行方向に対して垂直な場合に開度が最小(つまり、閉)になり、フィン66の向きが自動車の走行方向に対して平行な場合に開度が最大(つまり、全開)になる。図1は、グリルシャッター65の開度が最大の状態を例示している。グリルシャッター65は、その開度を、最小と最大との間の中間開度にすることも可能である。グリルシャッター65の開度が大きいほど、グリル60の開度が大きいから、エンジンルーム90内へ導入される空気の流量が多くなる。グリルシャッター65を閉じると、グリル60の開度が小さくなってエンジンルーム90内への空気の導入を制限される。エンジンルーム90内への空気の導入を制限すると、エンジンルーム90内の温度が高くなる。グリルシャッター65を開けて、エンジンルーム90内へ空気を導入すると、エンジンルーム90内の温度が低下する。エンジンルーム90内へ導入された空気により、ラジエータ40は、エンジン1の冷却液を冷却する。グリルシャッター65を開けかつ、冷却ファン42を作動させると、エンジンルーム90内へ導入される空気の流量が増えるため、エンジンルーム90内の温度がさらに低下する。ラジエータ40は、エンジン1の冷却液の温度をさらに低下させる。
A
この自動車はまた、エンジンルーム90内に、保温カバー50を設けている。尚、図2は、保温カバー50を取り外したエンジンルーム90を図示している。保温カバー50は、エンジン1のシリンダヘッド11の上面全体と、左右両側面と、後面とを覆っている。保温カバー50がエンジン1を覆うことによって、エンジン1が保温されると共に、エンジン1音の拡散が抑制される。
This automobile also has a
エンジン1がリーンSPCCI燃焼を行う場合、燃焼温度が低いため、エンジン1から排出される排気ガスの温度が低い。排気ガスの温度が低いと、浄化装置22の温度が、三元触媒の活性温度よりも下がってしまう。そこで、このエンジン1は、浄化装置22に導入される排気ガスの温度を高く維持するために、排気マニホールド20を断熱材によって覆っている。図3は、図2のIII-III線端面図を示している。排気マニホールド20は、独立排気管を構成する4つの本体201と、4つの本体201の周囲を覆う断熱材202と、断熱材202を囲む一対の外皮203とによって構成されている。一対の外皮203は、断熱材202を挟んで、断熱材202を保持する。排気マニホールド20の断熱構造は、排気ガス温度の維持の他に、エンジン音の低減にも寄与する。
When the
(エンジンの制御装置)
図4は、エンジン1の制御装置の構成を例示するブロック図である。エンジンの制御装置は、ECU(Engine Control Unit)10を備えている。ECU10は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)101と、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ102と、電気信号の入出力をする入出力バス103と、を備えている。ECU10は、制御部の一例である。
(Engine control device)
FIG. 4 is a block diagram illustrating the configuration of the control device for the
ECU10には、各種のセンサSW1~SW11が接続されている。センサSW1~SW11は、信号をECU10に出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
Various sensors SW1 to SW11 are connected to the
エアフローセンサSW1:吸気管15におけるエアクリーナー17の下流に配置されかつ、吸気管15を流れる空気の流量を計測する
吸気温度センサSW2:吸気管15におけるエアクリーナー17の下流に配置されかつ、吸気管15を流れる空気の温度を計測する
筒内圧センサSW3:各気筒18に対応してシリンダヘッド11に取り付けられかつ、気筒18内の圧力を計測する
EGR差圧センサSW4:EGR通路23に配設されかつ、EGR弁25の上流及び下流の圧力差を計測する
車速センサSW5:自動車の車速を計測する
液温センサSW6:エンジン1の冷却液の液温を検出する
クランク角センサSW7:エンジン1に取り付けられかつ、クランクシャフトの回転角を計測する
アクセル開度センサSW8:アクセルペダル機構(図示省略)に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する
燃圧センサSW9:燃料供給システム85に取り付けられかつ、インジェクタ81へ供給する燃料の圧力を計測する
NOxセンサSW10:浄化装置22よりも下流の排気管21に取り付けられかつ、排気ガス中のNOx濃度を計測する
外気温センサSW11:自動車が走行している環境下の外気温を計測する。
Airflow sensor SW1: arranged downstream of the
ECU10は、これらのセンサSW1~SW11の信号に基づいて、エンジン1の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、後述する各デバイス81~86、25、65、42の制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ102に記憶されている。制御ロジックは、メモリ102に記憶している運転マップを用いて、目標量及び/又は制御量を演算することを含む。
The
ECU10は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ81、点火プラグ82、吸気電動S-VT83、排気電動S-VT84、燃料供給システム85、スロットル弁86、EGR弁25、グリルシャッター65、及び、冷却ファン42に出力する。
The
インジェクタ81は、シリンダヘッド11に取り付けられかつ、気筒18内に燃料を直接噴射する。点火プラグ82は、シリンダヘッド11に取り付けられかつ、気筒18内の混合気に強制的に点火をする。吸気電動S-VT83は、シリンダヘッド11に取り付けられかつ、図示を省略する吸気カムシャフトの回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気カムシャフトは、図示を省略する吸気弁を開閉する。排気電動S-VT84は、シリンダヘッド11に取り付けられかつ、図示を省略する排気カムシャフトの回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気カムシャフトは、図示を省略する排気弁を開閉する。燃料供給システム85は、インジェクタ81に燃料を供給する。スロットル弁86は、エアクリーナー17よりも下流の吸気管15に取り付けられ、気筒18内への空気の導入量を調節する。
The
図5は、ECU10が実行するグリルシャッター65、及び、冷却ファン42の制御例を示している。ECU10は、冷却液温度、及び/又は、エンジンルーム90内の温度に応じて、グリルシャッター65を開閉すると共に、冷却ファン42をオンオフする。具体的に、ECU10は、冷却液温度、及び/又は、エンジンルーム90内の温度が低いと、グリルシャッター65を閉じると共に、冷却ファン42をオフにする。これにより、エンジン1及びエンジンルーム90内の温度が高く維持される。エンジン1は、リーンSPCCI燃焼を安定的に実行することができる。
FIG. 5 shows an example of control of the
エンジン1が、ストイキSPCCI燃焼又はSI燃焼を実行すると、冷却液温度、及び/又は、エンジンルーム90内の温度が高くなる。ECU10は、冷却液温度、及び/又は、エンジンルーム90内の温度が高くなると、グリルシャッター65を開ける。これにより、グリル60からエンジンルーム90内へ空気が導入されるため、エンジン1の冷却液及びエンジンルーム90内の温度が下がる。
When the
冷却液温度、及び/又は、エンジンルーム90内の温度がさらに高くなると、ECU10は、グリルシャッター65を開けると共に、冷却ファン42をオンにする。これにより、グリル60からエンジンルーム90内へ導入される空気の流量が多くなるため、エンジン1の冷却液及びエンジンルーム90内の温度をさらに低下させることが可能になる。
When the coolant temperature and/or the temperature in the
(排気ガス温度の推定)
三元触媒を含む浄化装置22は、活性温度未満の場合は、排気ガスの浄化率が低くなるため、エンジン1の運転中、浄化装置22は、活性温度以上の温度に維持することが好ましい。その一方で、自動車の走行中は、例えばエンジン1の負荷が高くなることに伴い、排気ガスの温度が高くなって、浄化装置22の温度が過剰に高くなる恐れがある。浄化装置22の温度が過剰に高くなると、浄化装置22の信頼性が低下してしまう。そこで、ECU10は、エンジン1の運転中に、浄化装置22に導入される排気ガスの温度を精度良く把握する必要がある。
(Estimation of exhaust gas temperature)
When the temperature of the
ここに開示するエンジンの制御装置は、浄化装置22に導入される排気ガスの温度を、温度センサによって検出するのではなく、演算によって推定する。エンジンの制御装置は、温度センサを省略することができる。温度センサの省略は、コストの低減の他に、温度センサの劣化や故障に起因する温度センサの修理や交換が不要になるという利点もある。
The engine control device disclosed herein estimates the temperature of the exhaust gas introduced into the
図6は、浄化装置22の入口における排気ガス温度を推定するロジックを説明するための図である。エンジン1及び浄化装置22は、前述したように、エンジンルーム90内に配設されている。エンジン1と浄化装置22とは、排気マニホールド20を介して接続されている。エンジン1の気筒18から排出された排気ガスは、排気ポート112を介して排気マニホールド20に導入される。排気ガスは、排気マニホールド20を通過している間に放熱する(図6の矢印参照)。浄化装置22の入口において、排気ガスの温度は、エンジン1の排気ポート112における排気ガスの温度よりも低い。
FIG. 6 is a diagram for explaining the logic for estimating the exhaust gas temperature at the inlet of the
排気マニホールド20を通過している排気ガスの放熱量は、その排気ガスの温度と排気マニホールド20の温度との温度差に応じて定まる。排気マニホールド20の温度は、排気ガスの放熱量、言い替えると排気マニホールド20が排気ガスから受ける受熱量と、排気マニホールド20から外部へ放出する放熱量とに応じて定まる。排気マニホールド20から外部への放熱量は、排気マニホールド20の周囲の空気の風速と、排気マニホールド20の周囲の雰囲気温度と、排気マニホールド20の周囲に存在する壁(つまり、エンジンルーム内壁)の温度とに応じて定まる。
The amount of heat released by the exhaust gas passing through the
図7は、ECU10が実行する、浄化装置22の入口における排気ガス温度を推定するロジックを示している。ECU10は、排気ポートのガス温度71と、排気ガス流量72とをインプットとし、浄化装置入口のガス温度70をアウトプットとする演算を行う。ECU10は、所定の時間間隔で演算を繰り返すことにより、時系列のガス温度70を観測する。
FIG. 7 shows the logic executed by the
ECU10は、排気ポートのガス温度71を演算によって求めてもよい。詳細な説明は省略するが、本願発明者らは、SPCCI燃焼及びSI燃焼を行うエンジン1において、燃焼進行度と排気ポートガス温度との間には線形となる相関関係が存在することを見出した。燃焼進行度は、燃焼が特定の程度まで進行したときのクランク角度である。質量燃焼割合が、例えば50%となるクランク角度(mfb50)は、燃焼進行度として用いることができる。ECU10は、筒内圧センサSW3の出力信号と、クランク角センサSW7の出力信号とに基づいてmfb50を演算することができる。燃焼進行度が遅角すると、排気ポートガス温度が高くなり、燃焼進行度が進角すると、排気ポートのガス温度が低くなる。燃焼進行度と排気ポートのガス温度との関係を表すモデル又はマップを用いて、ECU10は、排気ポートのガス温度71を演算することができる。
The
尚、ECU10が排気ポートのガス温度71を演算する代わりに、排気ポートガス温度71を計測する温度センサを、エンジン1に取り付けてもよい。ECU10は、当該温度センサの出力信号に基づいて、排気ポートのガス温度71を取得することができる。
A temperature sensor for measuring the exhaust
ECU10は、エアフローセンサSW1の出力信号(つまり、エンジン1の空気量)と、ECU10が定めた燃料供給量と、EGR差圧センサSW15の出力信号(つまり、外部EGRガス量)とに基づいて、エンジン1から排出される排気ガス流量72を演算することができる。
Based on the output signal of the airflow sensor SW1 (that is, the amount of air in the engine 1), the fuel supply amount determined by the
ECU10はまた、排気ポートガス温度71と排気ガス流量72とから、排気ガス熱エネルギ73と、排気ガス流速74とを演算する。
The
ECU10は、排気マニホールド20から外部への放熱量を演算するために、排気マニホールド20の周囲の空気の風速を算出する。本願発明者等の検討によると、エンジン1の後側に配設された排気マニホールド20の周囲の空気の風速は、自動車の車速、及び、グリルシャッター65の開度と相関を有していることがわかった。そこで、車速とグリルシャッター65の開度とを変更しながら、排気マニホールド20の周囲において計測をした風速の統計データに基づき、風速マップ75を事前に作成しておく。ECU10は、風速マップ75と、車速センサSW5の信号から得られる自動車の車速76と、ECU10が定めるグリルシャッター65の開度77とに基づいて、排気マニホールド20の周囲の風速78を算出する。
The
ここで、図8は、風速マップ75を例示している。風速マップ75は、前述したように、車速とグリルシャッター65の開度と排気マニホールド20の周囲における空気の風速との関係を定めている。車速が高いと、グリル60や、その他の箇所を通じてエンジンルーム90内へ流入する空気の流量が増える。そのため、車速が高いほど、排気マニホールド20の周囲における空気の風速は高い。
Here, FIG. 8 exemplifies the
また、グリルシャッター65が開(つまり、全開)である場合、グリルシャッター65が閉(つまり、全閉)である場合よりも、グリル60を通じてエンジンルーム90内へ流入する空気の流量が増える。そのため、グリルシャッター65が開である場合は、閉である場合よりも、排気マニホールド20の周囲における空気の風速は高い。
Also, when the
グリルシャッター65が開である場合の方が、閉である場合よりも、車速の上昇に対する風速の上昇率(つまり、図8の直線の傾き)は高い。グリルシャッター65の開度が大きいと、グリル60からエンジンルーム90内へ導入される空気の流量が増えるため、車速が上昇したときに風速が大きく上昇するためである。
When the
尚、図8の風速マップ75は、グリルシャッター65が全開である場合の直線と、グリルシャッター65が全閉である場合の直線との、二本の直線のみを含んでいる。風速マップ75は、グリルシャッター65が中間開度である場合の直線を、さらに含んでいてもよい。
The
また、ECU10は、グリルシャッター65が中間開度である場合は、グリルシャッター65が全開である場合の直線と、グリルシャッター65が全閉である場合の直線との間を補完することにより、排気マニホールド20の周囲における空気の風速を算出してもよい。
Further, when the
尚、ECU10は、風速マップ75に代えて、モデルを用いて排気マニホールド20の周囲における空気の風速を算出してもよい。
The
ECU10は、機能ブロックとしての風速算出部31を有している。風速算出部31は、グリルシャッター65の開度と、車速とから、排気マニホールド20の周囲の空気の風速を算出する。
The
ECU10はまた、排気マニホールド20の周囲の雰囲気温度を算出する。本願発明者等の検討によると、排気マニホールド20の周囲の温度は、前記で算出した風速78、エンジンルーム90に流入する空気の温度(エンジンルーム入口温度79)、及び、排気マニホールド20の外皮温度710と相関を有している。そこで、これらの各パラメータを変更しながら、排気マニホールド20の周囲において計測をした雰囲気温度の統計データに基づいて温度マップ711を事前に作成しておく。ECU10は、温度マップ711と、風速78と、エンジンルーム入口温度79と、外皮温度710とに基づいて、排気マニホールドの周囲における雰囲気温度Tdを算出する。
The
ECU10は、例えば吸気温度センサSW2の信号を、エンジンルーム入口温度79に利用してもよい。吸気温度センサSW2は、図2に示すように、エンジンルーム90の前部に配設された吸気取込口16から取り込んだ空気の温度に対応する信号を、ECU10に出力する。また、ECU10は、後述するように、外皮温度Tcを算出する。ECU10は、外皮温度Tcの前回値を、外皮温度710に用いる。
The
尚、ECU10は、温度マップ711に代えて、モデルを用いて排気マニホールド20の周囲における雰囲気温度を算出してもよい。
The
ECU10は、機能ブロックとしての雰囲気温度算出部32を有している。雰囲気温度算出部32は、風速と、エンジンルーム90内に導入される空気の温度と、排気マニホールド20の外皮温度とに基づいて、排気マニホールド20の周囲の雰囲気温度を算出する。
The
ECU10は、前述した風速及び雰囲気温度Tdと、排気マニホールド20の外皮温度Tcとに基づいて、排気マニホールド20から外部への熱伝達による第1放熱量Q1を算出する。ECU10は、予め定めた熱伝達モデルに基づいて、第1放熱量Q1を算出すればよい。ECU10は、機能ブロックとしての第1放熱量算出部33を有している。第1放熱量算出部33は、排気マニホールド20から外部への熱伝達による第1放熱量Q1を算出する。
The
エンジンルーム90内に配設された排気マニホールド20は、様々な部品等に囲まれている。排気マニホールド20から外部への放熱は、熱伝達による放熱の他にも、輻射による放熱がある。ECU10は、外皮温度Tcとエンジンルーム内壁温度Teとに基づいて、排気マニホールド20から外部への輻射による第2放熱量Q2を算出する。エンジンルーム内壁は、排気マニホールド20の周囲に存在するエンジン関連の部品や、エンジンルーム90を構成する部品の外表面を意味する。本願発明者等は、図1及び図2に示すエンジンルーム90の構成例においては、エンジンルーム内壁温度Teと、排気マニホールド20の周囲の雰囲気温度Tdとは、ほぼ一致することを確認した。エンジン内壁温度Teは、温度マップ711を用いて算出する雰囲気温度Tdと等しい、とすることができる。尚、自動車が、エンジンルーム内壁温度Teと、排気マニホールド20の周囲の雰囲気温度Tdとが一致しない構成であれば、ECU10は、雰囲気温度Tdとは別に、エンジン内壁温度Teを算出すればよい。
The
ECU10は、予め定めた輻射モデルに基づいて、第2放熱量Q2を算出すればよい。ECU10は、機能ブロックとしての第2放熱量算出部34を有している。第2放熱量算出部34は、排気マニホールド20から外部への輻射による第2放熱量Q2を算出する。
The
図3に示したように、排気マニホールド20は、本体201と、断熱材202と、外皮203とによって構成されている。ECU10は、本体の温度Tbと、外皮温度Tcとに基づいて、排気マニホールド20の熱伝導による第4放熱量Q4を算出する。ECU10は、予め定めた熱伝導モデルに基づいて、第4放熱量Q4を算出すればよい。ECU10は、機能ブロックとしての第4放熱量算出部35を有している。第4放熱量算出部35は、本体201の温度Tbと、外皮203の温度Tcとに基づいて、排気マニホールド20の熱伝導による第4放熱量Q4を算出する。
As shown in FIG. 3, the
排気マニホールド20は、外部へ放熱する他に、排気マニホールド20内の排気ガスから受熱する。ECU10は、排気マニホールド20内の排気ガス温度Taと、排気ガスの流量と、本体201の温度Tbとに基づいて、排気ガスから本体201への熱伝達による第3放熱量Q3を算出する。第3放熱量Q3は、本体201の受熱量である。ECU10は、予め定めた熱伝達モデルに基づいて、第3放熱量Q3を算出すればよい。ECU10は、機能ブロックとしての第3放熱量算出部36を有している。第3放熱量算出部36は、排気ガス温度Taと、排気ガスの流量72と、本体201の温度Tbとに基づいて、排気ガスから排気マニホールド20の本体201への熱伝達による第3放熱量Q3を算出する。
The
ECU10は、算出した放熱量Q1、Q2、Q3及びQ4に基づいて本体201の温度Tbを算出する。より詳細に、ECU10は、排気マニホールド20の本体201の前回温度に対して、本体201から放熱される熱量Q1、Q2、Q4と、本体201が受熱する熱量Q3との差し引きに基づいて、本体201の温度Tbを推定する。
The
そして、ECU10は、本体201の温度Tbを推定すれば、当該本体201の温度Tbと、排気マニホールド20に導入される排気ガスの熱エネルギ73とに基づいて、排気マニホールド20の入口から出口までにおいて排気ガスから本体201へ放熱する熱量を算出し、その放熱量に基づいて浄化装置22の入口における排気ガスの温度70を推定する。ECU10は、機能ブロックとしての温度推定部37を有している。
After estimating the temperature Tb of the
ECU10は、車速とグリルシャッター65の開度とを考慮して算出した排気マニホールド20の温度に基づいて、エンジンルーム90内の浄化装置22の入口における排気ガスの温度を、精度良く推定することができる。
The
図9は、ECU10が実行する、排気ガス温度の推定手順を例示するフローチャートである。尚、このフローチャートのステップS1~S13は、その順番を、可能な範囲で入れ替えることも可能である。
FIG. 9 is a flowchart illustrating a procedure for estimating the exhaust gas temperature, which is executed by the
先ず、スタート後のステップS1において、ECU10は、各種センサSW1~SW11の信号を読み込む。続くステップS2において、ECU10は、前述したように、冷却液温度、及び/又は、エンジンルーム90内の温度に応じて、グリルシャッター65の開度、及び、冷却ファン42の作動状態を設定する(図5参照)。
First, in step S1 after the start, the
ステップS3においてECU10は、グリルシャッター開度77と車速76と風速マップ75とから、排気マニホールド20の周囲の風速78を算出する。また、ステップS4においてECU10は、風速78とエンジンルーム入口温度79と外皮温度710と温度マップ711とから、排気マニホールド20の周囲の雰囲気温度Tdを算出する。
In step S<b>3 , the
ステップS5において、ECU10は、外皮温度Tcと風速78と雰囲気温度Tdとから、熱伝達による第1放熱量Q1を算出する。また、ステップS6において、ECU10は、外皮温度Tcとエンジンルーム内壁温度Te(=Td)とから輻射による第2放熱量Q2を算出する。
In step S5, the
ステップS7において、ECU10は、本体温度Tbと外皮温度Tcとから、熱伝導による第4放熱量Q4を算出する。また、ステップS8において、ECU10は、排気ガス温度Taと本体温度Tbとから熱伝達による第3放熱量Q3を算出する。
In step S7, the
そして、ステップS9において、ECU10は、前回の本体温度と、ステップS5~S8で算出した放熱量Q1~Q4とに基づいて、今回の本体温度Tbを算出し、続くステップS10において、ECU10は、排気ポートガス温度71と排気ガス流量72とから算出した排気ガス熱エネルギ73と、本体温度Tbとから、排気ガスから排気マニホールド20への放熱量を算出し、浄化装置22の入口における排気ガスの温度70を算出(つまり、推定)する。
Then, in step S9, the
浄化装置入口の排気ガスの温度70を算出すれば、ECU10は、続くステップS11で、算出した排気ガスの温度70が、予め定めた第1閾値未満であるか否かを判断する。第1閾値は、触媒の温度が過度に上昇しない温度として定めればよい。温度が第1閾値未満である場合は、プロセスはステップS11からステップS12に進む。温度が第1閾値以上の場合、つまり、浄化装置入口における排気ガスの温度が高い場合、プロセスはステップS11からステップS13に進む。ステップS13においてECU10は、気筒18内へ供給する燃料の噴射量を増量する。燃料が増えることによって、燃料の気化潜熱により燃焼温度が低下する。エンジン1から排出される排気ガスの温度が低下するため、浄化装置入口における排気ガスの温度が下がる。浄化装置22の温度が高くなりすぎることが抑制される。浄化装置22の信頼性が低下してしまうことが抑制される。
After calculating the
ステップS12において、ECU10は、浄化装置22の触媒温度が、予め定めた第2閾値よりも低いか否かを判断する。第2閾値は、触媒の信頼性を維持することができる温度として定めればよい。ECU10は、浄化装置入口における排気ガスの温度に基づいて、触媒温度を推定すればよい。ステップS12の判断がYESの場合、つまり、触媒温度が高くない場合、プロセスはリターンする。ステップS12の判断がNOの場合、つまり、触媒温度が高い場合、プロセスはステップS13に進む。前述したように、ステップS13においてCU10は、気筒18内へ供給する燃料の噴射量を増量する。エンジン1から排出される排気ガスの温度が低下することにより、触媒の温度が低下する。浄化装置22の信頼性が低下してしまうことが抑制される。
In step S12, the
尚、前記の構成では、排気マニホールド20が断熱材202を有しているが、断熱材202及び外皮203は省略することも可能である。断熱材202及び外皮203を省略した場合、図7のロジックにおいて、ECU10は、排気マニホールド20の熱伝導による第4放熱量Q4の算出を省略する。また、ECU10は、外皮温度Tcを排気マニホールド温度Tbに一致させて、放熱量Q1及びQ2を算出する。
Although the
また、排気マニホールド20の温度の算出に係る放熱量Q1~Q4の内、可能であれば、ECU10は、放熱量Q2、Q3及びQ4の算出を省略してもよい。
Further, among the heat release amounts Q1 to Q4 related to the calculation of the temperature of the
さらに、ここに開示する技術は、SPCCI燃焼を行うエンジン1に適用することに限定されない。ここに開示する技術が適用可能なエンジン1は、特に制限はない。SI燃焼のみを行う、いわゆる火花点火式エンジン又はガソリンエンジンに、ここに開示する技術を適用してもよい。また、CI燃焼を行う、いわゆるディーゼルエンジンに、ここに開示する技術を適用してもよい。
Furthermore, the technology disclosed herein is not limited to application to the
1 エンジン
10 ECU(制御部)
20 排気マニホールド(排気管)
201 本体
202 断熱材
203 外皮
22 浄化装置
31 風速算出部
32 雰囲気温度算出部
33 第1放熱量算出部
34 第2放熱量算出部
35 第4放熱量算出部
36 第3放熱量算出部
37 温度推定部
60 グリル(走行風導入口)
65 グリルシャッター(調節部)
90 エンジンルーム
1
20 exhaust manifold (exhaust pipe)
201
65 Grille shutter (control part)
90 engine room
Claims (8)
走行風導入口から前記エンジンルーム内へ空気を導入する開状態と、前記空気の導入を抑制する閉状態とに、前記走行風導入口の開度を変更する調節部と、
前記エンジンの排気ガス中の有害物質を減らす浄化装置と、
前記エンジンと前記浄化装置とをつなぐと共に、前記エンジンルーム内に配設された排気管と、
所定の時間間隔で演算を繰り返すことにより、前記浄化装置の入口における排気ガスの温度を時系列で推定すると共に、推定した温度に応じて前記エンジンを制御する制御部と、を備え、
前記排気管は、前記排気ガスに接する内表面と、前記エンジンルーム内に露出する外表面と、を有し、
前記制御部は、
前記走行風導入口の開度と、車速とから、前記排気管の周囲の空気の風速を算出し、
前記風速と、前記エンジンルーム内に導入される空気の温度と、前記排気管の外表面温度Tcとに基づいて、前記排気管の周囲の雰囲気温度Tdを算出し、
前記風速と、前記雰囲気温度Tdと、前記排気管の外表面温度Tcとに基づいて、前記排気管から外部への熱伝達による第1放熱量Q1を算出し、
前記排気管の前回の内表面温度Tbと、少なくとも前記第1放熱量Q1とに基づいて前記排気管の内表面温度Tbを推定すると共に、推定した排気管の内表面温度Tbと、前記エンジンから前記排気管へ導入する排気ガスの温度Ta及び流量とに基づいて、前記浄化装置の入口における排気ガスの温度を推定するエンジンの制御装置。 an engine arranged in an engine room;
an adjustment unit that changes the degree of opening of the running wind introduction port between an open state in which air is introduced into the engine room from the running wind introduction port and a closed state in which introduction of the air is suppressed;
a purification device for reducing harmful substances in exhaust gas of the engine;
an exhaust pipe arranged in the engine room and connecting the engine and the purification device;
a control unit for estimating the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device in chronological order by repeating calculations at predetermined time intervals , and for controlling the engine according to the estimated temperature;
The exhaust pipe has an inner surface in contact with the exhaust gas and an outer surface exposed in the engine room,
The control unit
calculating the wind speed of the air around the exhaust pipe from the opening of the running wind introduction port and the vehicle speed;
calculating an ambient temperature Td around the exhaust pipe based on the wind speed, the temperature of the air introduced into the engine room, and the outer surface temperature Tc of the exhaust pipe;
calculating a first heat release amount Q1 by heat transfer from the exhaust pipe to the outside based on the wind speed, the ambient temperature Td , and the outer surface temperature Tc of the exhaust pipe;
estimating the inner surface temperature Tb of the exhaust pipe based on the previous inner surface temperature Tb of the exhaust pipe and at least the first heat release amount Q1 ; An engine control device for estimating the temperature of the exhaust gas at the inlet of the purification device based on the temperature Ta and the flow rate of the exhaust gas introduced into the exhaust pipe.
前記制御部は、前記エンジンルームの構成から予め定めた輻射モデルと、前記排気管の外表面温度Tcと、前記輻射モデルに関係する温度であって、前記排気管の周囲に存在する部品の温度Teとに基づいて、前記排気管から外部への輻射による第2放熱量Q2を算出し、
前記制御部は、前記排気管の前回の内表面温度Tbと、少なくとも前記第1放熱量Q1と前記第2放熱量Q2とに基づいて、前記排気管の内表面温度Tbを推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1,
The control unit controls a radiation model predetermined from the configuration of the engine room, an outer surface temperature Tc of the exhaust pipe, and a temperature related to the radiation model, which is the temperature of parts existing around the exhaust pipe. Based on Te , a second heat release amount Q2 due to radiation from the exhaust pipe to the outside is calculated,
The control unit controls the engine to estimate the inner surface temperature Tb of the exhaust pipe based on the previous inner surface temperature Tb of the exhaust pipe and at least the first heat release amount Q1 and the second heat release amount Q2 . Device.
前記制御部は、前記排気管内の排気ガスの温度Taと、前記排気ガスの流量と、前記排気管の前回の内表面温度Tbとに基づいて、前記排気ガスから前記排気管への熱伝達による第3放熱量Q3を算出し、
前記制御部は、前記排気管の前回の内表面温度Tbと、少なくとも前記第1放熱量Q1と前記第3放熱量Q3とに基づいて、前記排気管の内表面温度Tbを推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to claim 1 or 2,
Based on the temperature Ta of the exhaust gas in the exhaust pipe, the flow rate of the exhaust gas, and the previous inner surface temperature Tb of the exhaust pipe, the control unit controls heat transfer from the exhaust gas to the exhaust pipe. Calculate the third heat release amount Q3 ,
The control unit controls the engine to estimate the inner surface temperature Tb of the exhaust pipe based on the previous inner surface temperature Tb of the exhaust pipe and at least the first heat radiation amount Q1 and the third heat radiation amount Q3 . Device.
前記排気管は、前記内表面を構成する本体と、前記本体を覆う断熱材と、前記断熱材を囲みかつ、前記外表面を構成する外皮と、を有し、
前記制御部は、前記内表面温度としての前記本体の前回の温度Tbと、前記外表面温度としての前記外皮の温度Tcとに基づいて、前記排気管の熱伝導による第4放熱量Q4を算出し、
前記制御部は、前記本体の前回の温度Tbと、少なくとも前記第1放熱量Q1と前記第4放熱量Q4とに基づいて、前記本体の温度Tbを推定するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 3,
The exhaust pipe has a main body that forms the inner surface , a heat insulating material that covers the main body, and a skin that surrounds the heat insulating material and forms the outer surface ,
The control unit calculates a fourth heat release amount Q4 by heat conduction of the exhaust pipe based on the previous temperature Tb of the main body as the inner surface temperature and the outer skin temperature Tc as the outer surface temperature. death,
The engine control device, wherein the control unit estimates the temperature Tb of the main body based on the previous temperature Tb of the main body and at least the first heat radiation amount Q1 and the fourth heat radiation amount Q4 .
前記制御部は、前記走行風導入口の開度が大きい場合の方が、小さい場合よりも前記風速を高く算出するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 4,
The control unit for an engine, wherein the control unit calculates the wind speed higher when the opening degree of the running wind introduction port is larger than when the opening degree is small.
車速の上昇に対する前記風速の上昇率は、前記走行風導入口の開度が大きい場合の方が、小さい場合よりも高いエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 5,
A control device for an engine, wherein a rate of increase in wind speed with respect to an increase in vehicle speed is higher when the opening degree of the running wind introduction port is larger than when the opening degree is small.
前記制御部は、推定した排気ガスの温度が、所定値よりも高い場合は、前記エンジンから前記排気管へ導入する排気ガスの温度が低くなるよう、前記エンジンを制御するエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 6,
The control unit controls the engine so that the temperature of the exhaust gas introduced from the engine into the exhaust pipe becomes lower when the estimated temperature of the exhaust gas is higher than a predetermined value.
前記走行風導入口は、エンジンルーム前部に設けられたグリルであり、
前記調節部は、前記グリルに設けられたグリルシャッターであるエンジンの制御装置。 In the engine control device according to any one of claims 1 to 7,
The running wind introduction port is a grill provided in the front part of the engine room,
The control device of the engine, wherein the adjustment unit is a grill shutter provided on the grill.
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