JP2024083809A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサの被水を判定することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関の排気を浄化する排気処理装置、および第１温度センサが排気通路に設けられ、前記第１温度センサが検出する温度の微分値を取得する第１取得部と、前記微分値に基づいて、前記第１温度センサが被水したか否か判定する判定部と、を具備する内燃機関の制御装置。【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

排気通路には、内燃機関の排気を浄化する排気処理装置が設けられる。排気通路の温度に基づいて、排気処理装置が取り外されたことを検出する技術がある（特許文献１など）。

特開２０２０－１０６０２８号公報

排気通路に凝縮水が発生し、温度センサが凝縮水に被水することがある。被水により温度を正確に検出することが困難となる。温度検出の精度が低下することにより、排気処理装置の取り外しも正確に検出することが難しい。そこで、温度センサの被水を判定することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、内燃機関の排気を浄化する排気処理装置、および第１温度センサが排気通路に設けられ、前記第１温度センサが検出する温度の微分値を取得する第１取得部と、前記微分値に基づいて、前記第１温度センサが被水したか否か判定する判定部と、を具備する内燃機関の制御装置によって達成できる。

前記第１取得部は前記温度を一階微分した値または二階微分した値を取得し、前記温度を一階微分した値が所定の値より大きい場合、または前記温度を二階微分した値の符号が変わる場合、前記判定部は前記第１温度センサが被水したと判定してもよい。

前記排気通路のうち前記排気処理装置よりも上流側に前記第１温度センサが設けられ、前記排気処理装置よりも下流側に第２温度センサが設けられ、前記第１温度が検出する温度および前記第２温度が検出する温度に基づいてパラメータを取得する第２取得部と、前記第１温度センサが被水したと判定された場合、前記パラメータを補正する補正部と、前記補正されたパラメータに基づいて、前記排気処理装置の異常を検出する検出部と、を具備してもよい。

前記第２取得部は、前記第１温度センサが検出する温度の積分値および前記第２温度センサが検出する温度の積分値に基づいて前記パラメータを取得し、前記第１温度センサが被水したと判定された場合、前記補正部は、前記第１温度センサが検出する温度の積分値を補正することで、前記パラメータを補正し、前記検出部は、前記補正されたパラメータに基づいて、前記排気処理装置の異常を検出してもよい。

前記判定部は前記第２温度センサが被水したか否か判定し、前記第２温度センサが被水したと判定された場合、前記補正部は、前記第２温度センサが検出する温度の積分値を補正することで、前記パラメータを補正し、前記検出部は、前記補正されたパラメータに基づいて、前記排気処理装置の異常を検出してもよい。

温度センサの被水を判定することが可能な内燃機関の制御装置を提供できる。

図１は実施形態に係る車両を例示する模式図である。 図２はＥＣＵが実行する処理を例示するフローチャートである。 図３（ａ）は温度を例示する図である。図３（ｂ）は温度の微分値を例示する図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は温度を例示する図である。燃圧との関係を表す図である。

以下、図面を参照して本実施形態の内燃機関の制御装置について説明する。図１は実施形態に係る車両１００を例示する図である。図１に示すように、車両１００は、内燃機関１０、およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を有する。

内燃機関１０は例えばガソリンなどの燃料を燃焼し、動力を発生させる。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。空気は吸気通路１２を流れ、内燃機関１０に導入される。吸気通路１２にはスロットルバルブ１６およびエアフローメータ１８が設けられ、上流側からこの順番に並ぶ。スロットルバルブ１６の開度が大きくなると、吸気通路における空気の流量が増加する。開度が小さくなると空気の流量は減少する。エアフローメータ１８は空気の流量を検出する。加速度センサ２６は、内燃機関１０が搭載された車両１００の姿勢および加速度を検出する。

燃焼で発生する排気は、排気通路１４を流れ、車両の外に排出される。排気通路１４には温度センサ２２（第１温度センサ）、排気処理装置２０、および温度センサ２４（第２温度センサ）が設けられ、上流側からこの順番に並ぶ。排気処理装置２０は、例えばＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）を有し、排気中の粒子状物質を捕集する。排気処理装置２０は触媒を含んでもよい。触媒は例えば一酸化炭素（ＣＯ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）などの物質を浄化する。排気処理装置２０はＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を有してもよい。

排気通路１４のうち、排気処理装置２０よりも上流側を領域１４ａとし、排気処理装置２０よりも下流側を領域１４ｃとする。領域１４ａと領域１４ｃとの間の位置を領域１４ｂとする。温度センサ２２は、排気処理装置２０よりも上流側の領域１４ａに位置し、上流側における温度を検出する。温度センサ２４は、排気処理装置２０よりも下流側の領域１４ｃに位置し、下流側における温度を検出する。温度センサ２２および２４は、排気通路１４の外から内に向けて差し込まれ、排気通路１４のうち例えば上半分の壁に設けられている。下は重力が作用する方向であり、上は下とは反対の方向である。

ＥＣＵ３０は制御装置であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置を備え、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う制御装置である。

ＥＣＵ３０はスロットルバルブ１６の開度を制御する。ＥＣＵ３０は、エアフローメータ１８から空気の流量を取得する。ＥＣＵ３０は、加速度センサ２６から車両１００の姿勢および加速度を取得する。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２および２４から排気通路１４の温度を取得する。

排気には水分が含まれる。排気が冷却されることで水分は凝縮し、凝縮水が発生する。ＥＣＵ３０は、排気通路１４における凝縮水の発生量を取得し、領域１４ａ、１４ｂおよび１４ｃそれぞれにおける凝縮水の分布量を取得する。ＥＣＵ３０は、図２に示す処理のプログラムを記憶し、例えば微分値に対する閾値および面積比に対する閾値を記憶する。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２が被水していないときに検出する温度を記憶する。

ＥＣＵ３０は温度センサ２２が検出する温度の微分値を取得する第１取得部として機能する。温度の微分値は一階微分した値および二階微分した値を含む。ＥＣＵ３０は、微分値に基づいて温度センサ２２が凝縮水に被水したか否か判定する判定部として機能する。被水とは、水がセンサにかかることを意味する。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２が検出する温度および温度センサ２４が検出する温度に基づいてパラメータを取得する第２取得部として機能する。ＥＣＵ３０はパラメータに基づいて排気処理装置２０の異常を検出する検出部として機能する。異常とは例えば排気処理装置２０の破損、排気処理装置２０が取り外されていることである。ＥＣＵ３０はパラメータを補正する補正部として機能する。

（処理）
図２はＥＣＵ３０が実行する処理を例示するフローチャートである。ＥＣＵ３０は、例えば排気通路１４の温度、内燃機関１０の運転時間および吸気量などに基づいて、排気通路１４における凝縮水の量を取得する（ステップＳ１０）。温度が低いほど凝縮水は発生しやすい。凝縮水は、排気により領域１４ａから領域１４ｃに移動し、車両１００の外へ排出される。内燃機関１０から発生する熱により凝縮水が蒸発する。運転時間が長く、吸気量が増加すると、凝縮水は減少する。車両１００が水平方向から傾斜することで、凝縮水は下方向（重力が作用する方向）に移動する。ＥＣＵ３０は凝縮水の量を更新していく。

ＥＣＵ３０は、温度センサ２２が検出する温度および温度センサ２４が検出する温度を取得する（ステップＳ１２）。ＥＣＵ３０は、温度に基づいてパラメータＲを取得する（ステップＳ１４）。パラメータＲは排気処理装置２０の異常検出に用いられる。

ＥＣＵ３０は、温度センサ２２が検出した温度の微分値を取得する（ステップＳ１６）。微分値は、検出された温度を時間で一階微分した値および二階微分した値を含む。ＥＣＵ３０は、微分値に基づいて温度センサ２２が被水したか否か判定する（ステップＳ１８）。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ３０はパラメータＲの補正を行う（ステップＳ２０）。

ステップＳ２０の後、またはステップＳ１８で否定判定（Ｎｏ）の場合、ＥＣＵ３０は、パラメータＲを用いて、排気処理装置２０に異常が発生しているか否か判定する。具体的には、ＥＣＵ３０は、パラメータＲが閾値Ｒｔｈ以上であるか否か判定する（ステップＳ２２）。肯定判定の場合、ＥＣＵ３０は、排気処理装置２０が正常であると判定する（ステップＳ２４）。否定判定の場合、ＥＣＵ３０は、排気処理装置２０が異常であると判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２４またはＳ２６の後、図２の処理は終了する。

（被水判定）
図３（ａ）は温度を例示する図である。横軸は時間を表す。縦軸は温度を表す。被水していない温度センサ２２が検出する温度をＴ１とし、実線で表す。大量の凝縮水に被水した温度センサ２２が検出する温度をＴ１ａとし、点線で表す。少量の凝縮水に被水した温度センサ２２が検出する温度をＴ１ｂとし、破線で表す。

被水した際の温度Ｔ１ａおよびＴ１ｂは、被水なしの温度Ｔ１に比べて低い。温度センサ２２周辺の熱が凝縮水に奪われるためである。被水量が多いと温度の低下量は大きくなる。被水量が少ないと温度の低下量は小さくなる。時間ｔ２以前では、温度Ｔ１ａはＴ１より低い。凝縮水は下流側に流される、および蒸発するなどして、温度センサ２２の周囲から消失していく。凝縮水の減少に伴い、時間ｔ２付近に温度Ｔ１ａは急激に上昇し、Ｔ１と同程度になる。温度Ｔ１ｂは時間ｔ１において温度Ｔ１より低下した後、Ｔ１と同程度まで上昇する。温度センサ２４が検出する温度をＴ２とする。排気の熱が排気処理装置２０に吸収されるため、温度Ｔ２は温度Ｔ１より低くなる。

図３（ｂ）は温度の微分値を例示する図である。縦軸は図３（ａ）の温度Ｔ１、Ｔ１ａおよびＴ１ｂのそれぞれを時間で一階微分した値を表す。実線はＴ１の微分値ＤＴ１を表す。点線はＴ１ａの微分値ＤＴ１ａを表す。破線はＴ１ｂの微分値ＤＴ１ｂを表す。横軸は時間を表す。

温度Ｔ１ａの上昇に対応して、微分値ＤＴ１ａは微分値ＤＴ１よりも大きくなり、その後低下して微分値ＤＴ１と同程度になる。温度Ｔ１ｂの一時的な低下に対応して、微分値ＤＴ１ｂは微分値ＤＴ１よりも小さくなり、その後に急上昇して微分値ＤＴ１よりも大きくなり、再び減少して微分値ＤＴ１と同程度となる。

ＥＣＵ３０は、微分値に対する閾値Ｄｔｈを記憶してもよい。図３（ｂ）の例では、微分値ＤＴ１ａおよびＤＴ１ｂは閾値Ｄｔｈよりも大きい。ＥＣＵ３０は温度センサ２２が被水したことを判定する（図２のステップＳ１８）。図３（ｂ）に示すように、微分値ＤＴ１ａおよびＤＴ１ｂは増加および減少する。一階の微分値が増加するとき、二階微分値は正の符号（＋）をとる。一階の微分値が減少するとき、二階微分値は負の符号（－）をとる。温度Ｔ１ｂの一階微分値ＤＴ１ｂは短時間で増加と減少とを繰り返す。温度Ｔ１ｂの二階微分値の符号も変わる。符号が変わることから、ＥＣＵ３０は温度センサ２２が被水したことを判定してもよい。

（異常検出）
図４（ａ）および図４（ｂ）は温度を例示する図である。図４（ａ）は排気処理装置２０が正常な例である。図４（ｂ）は排気処理装置２０に異常が発生している例であり、排気処理装置２０が取り外されている。

図４（ａ）の例においては、温度センサ２４が検出する温度Ｔ２は、時間ｔ３にＴ０まで上昇する。温度Ｔ０は例えば排気の露点より高い。ＥＣＵ３０は、時間０からｔ３までの範囲における、温度Ｔ１およびＴ２のそれぞれの積分（グラフの面積）を計算する。温度Ｔ１の積分値をＳ１とし、温度Ｔ２の積分値をＳ２とする。ＥＣＵ３０は積分値Ｓ１およびＳ２に基づいて、パラメータＲを算出する（図２のステップＳ１４）。パラメータＲは例えばＳ１とＳ２との比（面積比）であり、以下の式（１）で表される。
Ｒ＝Ｓ１／Ｓ２ （１）
ＥＣＵ３０は、パラメータＲが閾値Ｒｔｈ以上である場合、排気処理装置２０が正常であると判定する（図２のステップＳ２４）。

図４（ｂ）の例では、排気処理装置２０が取り外されている。排気の熱が排気処理装置２０に吸収されない。温度センサ２４が検出する温度Ｔ２が、図４（ａ）の例よりも速く上昇し、時間ｔ４にＴ０に到達する。ＥＣＵ３０は、時間０からｔ４までの積分値Ｓ１およびＳ２を計算し、パラメータＲを算出する。図４（ｂ）におけるパラメータＲは、図４（ａ）の例よりも小さくなり、閾値Ｒｔｈ未満である。ＥＣＵ３０は排気処理装置２０に異常があると判定する（ステップＳ２６）。

図４（ａ）の温度Ｔ１ａは、温度センサ２２が被水した例であり、温度Ｔ１より低くなる。Ｔ１ａの積分値Ｓ１ａはＴ１の積分値Ｓ１より小さくなる。このため、積分値Ｓ１ａを用いて得られるパラメータＲ（＝Ｓ１ａ／Ｓ２）は、正常時の値（Ｓ１／Ｓ２）より小さく、閾値Ｒｔｈ未満になる恐れがある。排気処理装置２０が正常であるにもかかわらず、異常と誤判定される可能性がある。

ＥＣＵ３０は、被水がないときの温度Ｔ１の挙動を記憶している。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２が被水したと判定したとき、積分値を補正する（ステップＳ２０）。具体的には、温度Ｔ１ａの積分値Ｓ１ａに、温度Ｔ１の積分値Ｓ１との差分（図４（ａ）の斜線部分）を加算し、積分値Ｓ１ａをＳ１と同程度の大きさとする。加算後の積分値を式（１）に代入することで、補正されたパラメータＲが得られる。補正後のパラメータＲと閾値Ｒｔｈとを比較することで、精度の高い異常検出が可能である。

本実施形態によれば、ＥＣＵ３０は、温度センサ２２が検出する温度の微分値に基づいて、温度センサ２２が被水したか否か判定する（ステップＳ１８）。図３（ａ）に示すように、温度センサ２２が被水すると、被水しない場合から温度挙動が変化する。図３（ｂ）に示すように、温度挙動の変化に対応して温度の微分値も変化する。微分値に基づいて、ＥＣＵ３０は被水を精度よく判定することができる。

図３（ａ）に示すように、被水量が多いときの温度Ｔ１ａは被水しないときの温度Ｔ１より低く、時間ｔ２に急上昇する。図３（ｂ）に示すように微分値ＤＴ１ａは閾値Ｄｔｈより大きくなる。ＥＣＵ３０は、微分値ＤＴ１ａが閾値Ｄｔｈ以上であることにより、被水を判定する。図３（ａ）に示すように、被水量が少ないときの温度Ｔ１ｂは、低下した直後に上昇する。図３（ｂ）に示すように微分値ＤＴ１ｂは急激に変化する。温度Ｔ１ｂを二階微分した値の符号は－と＋との間で変化する。ＥＣＵ３０は符号が変わることに基づいて、被水を判定する。温度センサ２２が被水することで、温度挙動は変化し、急激に変化する。温度の微分値を用いることで、被水を精度よく判定することができる。

図４（ａ）に示すように、温度センサ２２が被水した場合には温度挙動が変化する。温度の積分値が変わるため、パラメータＲの値も変化する。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２が被水したと判定した場合、パラメータＲを補正する。補正後のパラメータＲに基づいて、排気処理装置２０の異常を検出する。異常検出の精度の低下を抑制することができる。

パラメータＲは積分値Ｓ１と積分値Ｓ２との比である（式（１））。温度センサ２２が被水すると、積分値Ｓ１が実際よりも小さい値Ｓ１ａになり、パラメータＲも小さくなる。ＥＣＵ３０は、積分値Ｓ１ａを補正して被水なしの値Ｓ１に近づけることで、パラメータＲを補正する。パラメータＲが大きな値に補正される。異常検出の精度の低下を抑制することができる。ＥＣＵ３０は、補正前の積分値Ｓ１ａに比べて補正後の積分値が大きくなるように補正を行う。凝縮水の量が多く、空気量が多いほど、温度センサ２２は被水しやすく、低い温度が出力されやすい。凝縮水の量が多く、空気量が多いほど、ＥＣＵ３０は、積分値に対する加算量を増加させ、積分値を大きな値に補正する。ＥＣＵ３０は、積分値Ｓ１ａを用いて計算したパラメータＳ１ａ／Ｓ２に係数を乗じてもよいし、加算をしてもよい。被水した際に温度センサ２２が検出する温度は、被水なしのときの温度よりも低くなると推定される。積分値Ｓ１およびパラメータＲが小さくなる。ＥＣＵ３０はパラメータＲが大きくなるような補正を行う。ＥＣＵ３０は、補正後のパラメータＲに基づいて、排気処理装置２０の異常を検出する。異常検出の精度の低下を抑制することができる。

温度センサ２４も被水する可能性がある。被水により温度センサ２４が検出する温度Ｔ２の挙動が変化する。ＥＣＵ３０は、温度センサ２２および温度センサ２４が被水したか否か判定してもよい（図２のステップＳ１８）。被水があった場合、ＥＣＵ３０は、積分値Ｓ１の補正だけでなく、積分値Ｓ２の補正を行ってもよい（ステップＳ２０）。凝縮水の量が多く、吸気量が多いほど、排気通路１４の下流に流れる凝縮水は多くなり、温度センサ２４の被水量が多くなる。温度センサ２４周辺の熱が凝縮水に奪われ、温度Ｔ２の積分値Ｓ２が小さくなる。パラメータＲが小さくなる。ＥＣＵ３０は、積分値Ｓ２が大きくなるように補正する。パラメータＲが大きな値に補正される。凝縮水の量が多く、空気量が多いほど、ＥＣＵ３０は、積分値Ｓ２に対する加算量を増加させ、積分値Ｓ２を大きな値に補正する。ＥＣＵ３０が、温度センサ２２および２４それぞれが検出する温度を補正することで、パラメータＲはより精度のよい値となる。排気処理装置２０の異常検出を正確に行うことができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 内燃機関、１２ 吸気通路、１４ 排気通路、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 領域、１６ スロットルバルブ、１８ エアフローメータ、２０ 排気処理装置
２２ 温度センサ（第１温度センサ）、２４ 温度センサ（第２温度センサ）、２６ 加速度センサ、３０ ＥＣＵ、１００ 車両

Claims (5)

1. 内燃機関の排気を浄化する排気処理装置、および第１温度センサが排気通路に設けられ、
   前記第１温度センサが検出する温度の微分値を取得する第１取得部と、
   前記微分値に基づいて、前記第１温度センサが被水したか否か判定する判定部と、を具備する内燃機関の制御装置。
2. 前記第１取得部は前記温度を一階微分した値または二階微分した値を取得し、
   前記温度を一階微分した値が所定の値より大きい場合、または前記温度を二階微分した値の符号が変わる場合、前記判定部は前記第１温度センサが被水したと判定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記排気通路のうち前記排気処理装置よりも上流側に前記第１温度センサが設けられ、前記排気処理装置よりも下流側に第２温度センサが設けられ、
   前記第１温度が検出する温度および前記第２温度が検出する温度に基づいてパラメータを取得する第２取得部と、
   前記第１温度センサが被水したと判定された場合、前記パラメータを補正する補正部と、
   前記補正されたパラメータに基づいて、前記排気処理装置の異常を検出する検出部と、を具備する請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第２取得部は、前記第１温度センサが検出する温度の積分値および前記第２温度センサが検出する温度の積分値に基づいて前記パラメータを取得し、
   前記第１温度センサが被水したと判定された場合、前記補正部は、前記第１温度センサが検出する温度の積分値を補正することで、前記パラメータを補正し、
   前記検出部は、前記補正されたパラメータに基づいて、前記排気処理装置の異常を検出する請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記判定部は前記第２温度センサが被水したか否か判定し、
   前記第２温度センサが被水したと判定された場合、前記補正部は、前記第２温度センサが検出する温度の積分値を補正することで、前記パラメータを補正し、
   前記検出部は、前記補正されたパラメータに基づいて、前記排気処理装置の異常を検出する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
   

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