JP6978328B2 - 排気推定温度誤差低減方法及び車両動作制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度モデルを用いて算出される推定温度の誤差低減方法に係り、特に、排気推定温度の精度向上等を図ったものに関する。

自動車両においては、種々のセンサの検出信号や各種のスイッチ等の開閉成信号等が車両動作制御装置に供されて様々な制御処理が実行されるようになっている（例えば、特許文献１等参照）。
一方、部品等の収納空間が極めて限定された自動車両にあっては、必要最小限の部品で最良の動作を実現することが常に求められる。

このため、例えば、所望される物理量を、他のセンサの検出値を元に推定値として演算処理によって求め、それを所要の制御処理に供することが行われることがある。
このような代替え手法は、単に部品や収納スペースの削減に留まらず、いわゆるソフトウェア処理を用いるものであるので、任意の様々な条件設定等を可能として柔軟性ある所要データの取得が可能となる等の利点がある。

例えば、自動車両の排気管に設けられるラムダセンサやノックスセンサ等は、作動時に素子温度を高温に保つ必要があるが、排気管内の水滴がセンサ素子に付着すると素子の温度勾配によりセンサ素子の割れが発生することがある。
このようなセンサ素子の割れの発生を防止、低減する観点から水滴の付着が無い状態でセンサを使用可能とするため、センサが設置される箇所で凝縮水の飛散の有無を判断するための露点検知を行う構成が採られる場合がある。

かかる露点検知は、例えば、排気中の排気微粒子を捕集するＤＰＦの下流側の排気管内の温度や排気管壁面温度を基に、凝縮水消失の有無が判断されるものである。
ところが、ＤＰＦの上流側に排気温度センサを搭載し、ＤＰＦ下流側には搭載されない構成が採られることが多い。このため、そのような構成の自動車両においては、排気温度モデルと排気管壁面温度モデルを構築し、それぞれの温度モデルを基に演算算出された排気推定温度、排気管推定壁面温度が露点検知に供されている。
これら排気温度モデル、排気管壁面温度モデルは、上述したＤＰＦの上流側に設けられた排気温度センサの検出値を、それぞれの推定温度算出に用いるものとなっている。

特開２０１７−４４１９１号公報

しかしながら、ＤＰＦにはエンジン始動直後に凝縮水が溜まり、ＤＰＦ下流側の温度を一時的に低下させるため、排気温度モデルにより得られる排気推定温度の誤差が一時的に拡大するという問題がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、エンジン始動直後における排気温度モデルに基づく排気推定温度に生ずる誤差を低減可能とした排気推定温度誤差低減方法及び車両動作制御装置を提供するものである。

上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る排気推定温度誤差低減方法は、
排気中の排気微粒子を捕集するＤＰＦの上流側の排気温度の実測値を用いて前記ＤＰＦの下流側における排気温度の推定値である排気推定温度を算出可能に構成された排気温度モデルにより算出された前記排気推定温度の誤差を低減する排気推定温度誤差低減方法であって、
エンジン始動直後において、前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水量の推定値である暫定推定凝縮水量を、前記ＤＰＦ内に発生する凝縮水量の推定値を算出するＤＰＦ内凝縮水量モデルを用いて算出し、
前記ＤＰＦ内の凝縮水の蒸発量の推定値である推定蒸発水量を、前記ＤＰＦ内の凝縮水の蒸発量の推定値を算出するＤＰＦ内凝縮水蒸発モデルを用いて算出し、
前記暫定推定凝縮水量と前記推定蒸発水量との差が零を超えている場合、前記差が零となるまで前記排気推定温度を所定の固定値として前記ＤＰＦ内凝縮水の発生による前記排気推定温度の誤差増大を低減可能としてなるものである。
また、上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る車両動作制御装置は、
車両の動作制御のためのプログラムが実行される電子制御ユニットを有すると共に、前記車両の排気管に設けられて排気中の排気微粒子を捕集するＤＰＦの上流側の温度を検出するＤＰＦ上流側温度センサを有し、前記電子制御ユニットは、前記ＤＰＦの上流側の排気温度の実測値を用いて前記ＤＰＦの下流側における排気温度の推定値である排気推定温度を算出可能に構成された排気温度モデルによって前記排気推定温度を算出可能に構成されてなる車両動作制御装置において、
前記電子制御ユニットは、
エンジン始動直後において、前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水量の推定値である暫定推定凝縮水量を、前記ＤＰＦ内に発生する凝縮水量の推定値を算出するＤＰＦ内凝縮水量モデルを用いて算出し、
前記ＤＰＦ内の凝縮水の蒸発量の推定値である推定蒸発水量を、前記ＤＰＦ内の凝縮水の蒸発量の推定値を算出するＤＰＦ内凝縮水蒸発モデルを用いて算出し、
前記暫定推定凝縮水量と前記推定蒸発水量との差が零を超えている場合、前記差が零となるまで前記排気推定温度を所定の固定値とするよう構成されてなるものである。

本発明によれば、ＤＰＦに凝縮水が残留している場合には、排気温度モデルに基づいて算出された排気推定温度を、ＤＰＦ内の凝縮水が無くなるまでの間、試験結果等に基づいて定められた所定の固定値に一時的に切り換えるため、従来と異なり、ＤＰＦ内に凝縮水が残留している間の排気推定温度の誤差が最小限に低減され、排気推定温度を基に行われる露点検知の確実な精度向上が確保されるという効果を奏するものである。

本発明の実施の形態における排気推定温度誤差低減方法が適用される車両の排気系統の主要部の構成例を示す構成図である。 本発明の実施の形態における車両動作制御装置において実行される排気推定温度誤差低減処理の手順を示すサブルーチンフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における排気推定温度誤差低減方法が適用される車両における排気系統の主要部分の構成例について図１を参照しつつ説明する。

図１において、内燃機関としてのディーゼルエンジン１のエキゾーストマニホールド１ａには排気管２が接続されている。
そして、この排気管２の下流側の適宜な位置には、ディーゼルエンジン１の排気に含まれる排気微粒子を捕集するためのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）３が設けられている。

このＤＰＦ３の上流側には、ＤＰＦ上流側排気温度センサ４が設けられる一方、ＤＰＦ３の下流側には、ラムダセンサ５が設けられている。
なお、図１においては、本発明の実施の形態における排気推定温度誤差低減方法に関連する構成部分のみが示されており、車両の動作制御に通常必要とされる他のセンサや他の構成部品等については図示を省略してある。

電子制御ユニット１０は、例えば、公知・周知の構成を有してなるマイクロコンピュータ（図示せず）を中心に、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子（図示せず）を有すると共に、燃料噴射弁（図示せず）を通電駆動するための回路（図示せず）等を主たる構成要素として、車両の様々な動作制御のための、いわゆるプログラムの実行が可能に構成されたものとなっている。

かかる電子制御ユニット１０には、先のセンサ４，５の検出信号が入力される他、エンジン回転数、アクセル開度、燃料温度などの各種の検出信号が入力され、本発明の実施の形態における排気推定温度誤差低減処理を含めて車両の各種の動作制御処理に供されるようになっている。

次に、電子制御ユニット１０により実行される本発明の実施の形態における排気推定温度誤差低減処理について図２を参照しつつ説明する。
まず、電子制御ユニット１０においては、エンジン回転制御処理や燃料噴射制御処理等の通常の車両の動作制御処理が実行されることを前提とする。
さらに、電子制御ユニット１０においては、従来同様の露点検知処理が実行されるものとなっていることを前提とする。

露点検知処理は、燃料中の水分等によって生ずる凝縮水が消失したか否かを判定するための処理である。
例えば、排気に晒されるラムダセンサ５やノックスセンサ等は、作動時に素子温度を高温に保つ必要があるが、排気管内の水滴がセンサ素子に付着すると素子の温度勾配によりセンサ素子の割れが発生することがある。
そのため、排気の凝縮水が消失した状態にあるか否かを判定し、凝縮水が消失したと判定された場合に、該当するセンサの動作を許可し所要の処理に供する等の方策が採られている。

本発明の実施の形態においては、上述したような凝縮水に起因するラムダセンサ５の割れの発生を回避するために露点検知処理が行われるものとなっている。
かかる露点検知処理は、基本的に従来と同様の手順に基づいて実行されるものである。この露点検知処理には、ラムダセンサ５が設けられた箇所の排気温度と排気管壁面温度が必要とされる。

ところが、ラムダセンサ５が設けられた箇所には、排気温度を検出するセンサが設けられておらず、ＤＰＦ３の上流側に、従来同様、ＤＰＦ上流側排気温度センサ４が設けられている。
そのため、露点検知処理に必要な、ラムダセンサ５が設けられた箇所の排気温度、排気管壁面温度には、従来同様、それぞれ排気温度モデル、排気管壁面温度モデルを用いて演算算出された推定値としての排気推定温度、排気管推定壁面温度が用いられるものとなっている。

そして、排気温度モデルによる排気推定温度の演算算出、排気管壁面温度モデルによる排気管推定壁面温度の演算算出には、従来同様、ＤＰＦ上流側排気温度センサ４の検出値が用いられる。

かかる前提の下、本発明の実施の形態の排気推定温度誤差低減処理について概括的に説明する。
露点検知処理に用いられる排気温度モデルや排気管壁面温度モデルに用いられる排気温度は、先に述べたように、露点検知の対象点であるＤＰＦ３の下流側ではなく、ＤＰＦ３の上流側の実測値が用いられている。そのため、”背景技術”においても述べたように、ＤＰＦ３に凝縮水がある場合には、ＤＰＦ３の下流側の温度が、ＤＰＦ上流側排気温度センサ４により検出された温度よりも低くなる。その結果、実際の温度と排気温度モデルにより算出された排気推定温度との誤差が増大し露点検知の精度低下を招く。

本発明の実施の形態においては、上述の排気推定温度の誤差を抑圧、低減すべく、ＤＰＦ３における凝縮水の量をモデルにより推定し、凝縮水がある場合には、凝縮水が消失したと判定されるまで排気推定温度を所定の固定値に置き換えて排気推定温度の誤差の増大に起因する露点検知の精度低下を抑圧、防止するものである。

以下、図２を参照しつつ具体的な処理手順について説明する。
電子制御ユニット１０による処理が開始されると、最初に、エンジン始動が行われたか否かが判定される（図２のステップＳ１１０参照）。
エンジン始動が行われたと判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１２０の処理へ進むこととなる。
一方、エンジン始動ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、以降の処理を実行する状態ではないとして一連の処理が終了され、一旦、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。

ステップＳ１２０においては、直近の車両走行の終了時に電子制御ユニット１０の適宜な記憶領域に記憶、保存された残留凝縮水量のデータがあるか否かが判定される。
残留凝縮水量の記憶データが有ると判定された場合（ＹＥＳの場合）には、次述するステップＳ１３０の処理へ進む一方、残留凝縮水量の記憶データは無いと判定された場合（ＮＯの場合）には、後述するステップＳ１４０の処理へ進むこととなる。

ステップＳ１３０においては、電子制御ユニット１０の適宜な記憶領域に記憶、保存されている残留凝縮水量の読み出しが行われる。
次いで、ステップＳ１４０においては、暫定推定凝縮水量の算出が行われる。
暫定推定凝縮水量は、この時点の環境条件の下でＤＰＦ３に存在すると推定される凝縮水量である。かかる暫定推定凝縮水量は、ＤＰＦ内凝縮水量モデルを用いて算出されるものとなっており、その算出には、少なくとも大気温度、エンジン冷却水温の実測値が用いられる。

本発明の実施の形態におけるＤＰＦ内凝縮水量モデルは、本願発明者が排気推定温度の誤差発生について鋭意試験研究をする中で、ＤＰＦ３内に凝縮水が存在する場合、ＤＰＦ下流側の排気温度が、凝縮水量に応じたある温度域で停滞する現象に着目し、凝縮水量と温度域との相関関係に基づいて導出された物理モデルである。

次いで、ステップＳ１５０において総合凝縮水量の算出が行われる。
総合凝縮水量は、総合凝縮水量＝暫定推定凝縮水量＋残留凝縮水量として求められるものである。
残留凝縮水量が無い場合、総合凝縮水量＝暫定推定凝縮水量となる。

次いで、総合凝縮水量が基準値を超えているか否かが判定される（図２のステップＳ１６０参照）。
ここで、総合凝縮水量が基準値を超えているかの判定を行うのは、ＤＰＦ３に溜まる凝縮水量には、ＤＰＦ３の大きさや構造等によって限界があるためである。したがって、基準値は、ＤＰＦ３の具体的な仕様等を考慮して試験結果やシミュレーション結果に基づいて定めるのが好適である。

次いで、ステップＳ１７０においては、総合凝縮水量が基準値を超えていることに対応して、その値が予め定められた上限値に制限される。すなわち、総合凝縮水量＝上限値とされる。
なお、上限値は、先の基準値同様、ＤＰＦ３の具体的な仕様等を考慮して試験結果やシミュレーション結果に基づいて適宜な値を設定するのが好適である。

次いで、推定蒸発水量の算出が行われる（図２のステップＳ１８０参照）。
推定蒸発水量は、ＤＰＦ３内における凝縮水の蒸発量をモデル化したＤＰＦ内凝縮水蒸発モデルを基に算出されるものとなっている。
このＤＰＦ内凝縮水蒸発モデルは、ＤＰＦ３に流入する熱量の積算値をモデル化した積算熱量モデルを基に構築されたものとなっている。
かかる積算熱量モデルは、ＤＰＦ３の上流側の排気温度及びＤＰＦ３に流入する排気量を基に求められるＤＰＦ３内の熱量の積算値に基づいて構成されたものとなっている。

次いで、残留凝縮水量の算出が行われる（図２のステップＳ１９０参照）。
この残留凝縮水量は、総合凝縮水量から推定蒸発水量を減算した結果として求められる。
次いで、上述のようにして算出された残留凝縮水量が零であるか否かが判定される（図２のステップＳ２００参照）。

ステップＳ２００において、残留凝縮水量が零と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ＤＰＦ３内にはＤＰＦ下流側温度モデルにより算出される排気推定温度の誤差を拡大する原因となる凝縮水は無いとして、ＤＰＦ下流側温度モデルにより演算算出された排気推定温度は有効とされる（図２のステップＳ２１０参照）。

次いで、エンジン停止がなされたか否かが判定される（図２のステップＳ２２０参照）。ステップＳ２２０において、エンジン停止と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、一連の処理は終了され、一旦、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。

一方、ステップＳ２２０において、エンジン停止ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、引き続きＤＰＦ下流側温度モデルに基づいて算出された排気推定温度が有効とされた露点検知に供されることとなる（図２のステップＳ２１０参照）。

また、先のステップＳ２００において、残留凝縮水量は零ではないと判定された場合（ＮＯの場合）には、ＤＰＦ下流側温度モデルに基づいて算出された排気推定温度は、所定の固定値に切り換えられる。
これは、先に述べたように、ＤＰＦ３内に凝縮水が残留している状態にあっては、ＤＰＦ３の下流側の排気温度は、一定の温度域に停滞するためである。

一定の温度域は、ＤＰＦ３の具体的な仕様（形状、寸法等）によって異なるものであるが、試験やシミュレーション等によって具体的な値を特定可能なものである。したがって、所定の固定値は、そのようにして特定された一定の温度域に基づいて定めるのが好適である。すなわち、所定の固定値は、ＤＰＦ３内の凝縮水に起因してＤＰＦ下流側の排気温度がＤＰＦ３内の凝縮水量に応じた温度域に停滞する際のＤＰＦ３内の凝縮水量と温度域との相対関係に基づいて定められるものである。

次いで、エンジン停止がなされたか否かが判定される（図２のステップＳ２４０参照）。ステップＳ２４０において、エンジン停止と判定された場合（ＹＥＳの場合）には、ＤＰＦ３の残留凝縮水量が電子制御ユニット１０の適宜な記憶領域に記憶、保存されて一連の処理は終了され、一旦、図示されないメインルーチンへ戻ることとなる。

一方、ステップＳ２４０において、エンジン停止ではない判定された場合（ＮＯの場合）には、先のステップＳ１８０へ戻り、それ以降の処理が繰り返されることとなる。

このように、ＤＰＦ３に凝縮水が残留している場合には、排気温度モデルに基づいて算出された排気推定温度を、ＤＰＦ３内の凝縮水が無くなるまでの間、試験結果等に基づいて定められた所定の固定値に一時的に切り換えるため、従来と異なり、ＤＰＦ３内に凝縮水が残留している間の排気推定温度の誤差が最小限に低減され、排気推定温度を基に行われる露点検知の確実な精度向上が確保されるものとなっている。

なお、本発明の実施の形態においては、車両に搭載されたＤＰＦ３上流側の実測値を入力としてＤＰＦ３下流側の推定温度を算出可能に構成された温度モデルにより得られた推定温度に、ＤＰＦ３内の凝縮水に起因して誤差が生ずる場合に、凝縮水量に応じてＤＰＦ３下流側の排気温度が停滞する温度域に基づいて、推定温度を一時的に固定値に設定することで推定温度に生ずる誤差を低減可能としたが、本発明の適用は、ＤＰＦ３下流側の排気推定温度に限定されるものではない。

本発明は、例えば、ＤＰＦ３の上流側の実測温度を入力としてＤＰＦ３下流の排気管２の壁面温度の推定値を算出可能に構成された排気管壁面温度モデルにも適用することができる。
この場合、基本的に、図２に示されたフローチャートに示された処理手順を適用することができる。なお、図２の処理手順を適用する場合、”ＤＰＦ下流側温度モデル”を”排気管壁面温度モデル”と読み替えれば良い。

上述のいずれの例においても、ＤＰＦ３に凝縮水が残留する例を挙げたが、本発明は、車両以外の装置等にも適用可能であり、その場合、凝縮水が残留する構成品は、勿論ＤＰＦである必要はない。

すなわち、本発明は、所望する箇所の温度が、その所望する箇所よりも上流側の実測温度を入力とする温度モデルを用いて推定値としての推定温度として得られる一方、所望する箇所の温度が、上述の所望する箇所より上流側に生じた凝縮水の水量に応じた温度域に停滞する現象を示す場合に適用可能であり、そのような場合に、推定温度を一時的に、停滞する温度域に基づいた固定値とすることで推定温度に生ずる誤差を低減可能とするものである。

エンジン始動直後における排気温度モデルに基づく排気推定温度の誤差の確実な低減が所望される車両動作制御装置に適用できる。

１…ディーゼルエンジン
２…排気管
３…ＤＰＦ
４…上流側排気温度センサ
５…ラムダセンサ

Claims (8)

1. 排気中の排気微粒子を捕集するＤＰＦの上流側の排気温度の実測値を用いて前記ＤＰＦの下流側における排気温度の推定値である排気推定温度を算出可能に構成された排気温度モデルにより算出された前記排気推定温度の誤差を低減する排気推定温度誤差低減方法であって、
   エンジン始動直後において、前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水量の推定値である暫定推定凝縮水量を、前記ＤＰＦ内に発生する凝縮水量の推定値を算出するＤＰＦ内凝縮水量モデルを用いて算出し、
   前記ＤＰＦ内の凝縮水の蒸発量の推定値である推定蒸発水量を、前記ＤＰＦ内の凝縮水の蒸発量の推定値を算出するＤＰＦ内凝縮水蒸発モデルを用いて算出し、
   前記暫定推定凝縮水量と前記推定蒸発水量との差が零を超えている場合、前記差が零となるまで前記排気推定温度を所定の固定値として前記ＤＰＦ内凝縮水の発生による前記排気推定温度の誤差増大を低減可能としてなることを特徴とする排気推定温度誤差低減方法。
2. 前記ＤＰＦ内凝縮水量モデルは、前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水に起因して前記ＤＰＦの下流側における排気温度が前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水量に応じた温度域に停滞する際の前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水量と前記温度域との相関関係に基づいて構成されてなることを特徴とする請求項１記載の排気推定温度誤差低減方法。
3. 前記ＤＰＦ内凝縮水蒸発モデルは、前記ＤＰＦに流入する熱量の積算値の推定値を算出可能とする積算熱量モデルを用いて構成され、前記積算熱量モデルは、前記ＤＰＦの上流側の排気温度及び前記ＤＰＦに流入する排気量を基に求められる前記ＤＰＦ内の熱量の積算値に基づいて構成されてなるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排気推定温度誤差低減方法。
4. 前記所定の固定値は、前記ＤＰＦ内の凝縮水に起因して前記ＤＰＦ下流側の排気温度が前記ＤＰＦ内の凝縮水量に応じた温度域に停滞する際の前記ＤＰＦ内の凝縮水量と前記温度域との相対関係に基づいて定められたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか記載の排気推定温度誤差低減方法。
5. 車両の動作制御のためのプログラムが実行される電子制御ユニットを有すると共に、前記車両の排気管に設けられて排気中の排気微粒子を捕集するＤＰＦの上流側の温度を検出するＤＰＦ上流側温度センサを有し、前記電子制御ユニットは、前記ＤＰＦの上流側の排気温度の実測値を用いて前記ＤＰＦの下流側における排気温度の推定値である排気推定温度を算出可能に構成された排気温度モデルによって前記排気推定温度を算出可能に構成されてなる車両動作制御装置において、
   前記電子制御ユニットは、
   エンジン始動直後において、前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水量の推定値である暫定推定凝縮水量を、前記ＤＰＦ内に発生する凝縮水量の推定値を算出するＤＰＦ内凝縮水量モデルを用いて算出し、
   前記ＤＰＦ内の凝縮水の蒸発量の推定値である推定蒸発水量を、前記ＤＰＦ内の凝縮水の蒸発量の推定値を算出するＤＰＦ内凝縮水蒸発モデルを用いて算出し、
   前記暫定推定凝縮水量と前記推定蒸発水量との差が零を超えている場合、前記差が零となるまで前記排気推定温度を所定の固定値とするよう構成されてなることを特徴とする車両動作制御装置。
6. 前記ＤＰＦ内凝縮水量モデルは、前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水に起因して前記ＤＰＦの下流側における排気温度が前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水量に応じた温度域に停滞する際の前記ＤＰＦ内に存在する凝縮水量と前記温度域との相関関係に基づいて構成されてなることを特徴とする請求項５記載の車両動作制御装置。
7. 前記ＤＰＦ内凝縮水蒸発モデルは、前記ＤＰＦに流入する熱量の積算値の推定値を算出可能とする積算熱量モデルを用いて構成され、前記積算熱量モデルは、前記ＤＰＦの上流側の排気温度及び前記ＤＰＦに流入する排気量を基に求められる前記ＤＰＦ内の熱量の積算値に基づいて構成されてなるものであることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の車両動作制御装置。
8. 前記所定の固定値は、前記ＤＰＦ内の凝縮水に起因して前記ＤＰＦ下流側の排気温度が前記ＤＰＦ内の凝縮水量に応じた温度域に停滞する際の前記ＤＰＦ内の凝縮水量と前記温度域との相対関係に基づいて定められたものであることを特徴とする請求項５乃至請求項７いずれか記載の車両動作制御装置。

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