JP7310322B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、エンジンの制御装置に関する。

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。

特開２０１５－１９０３２９号公報

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。また、排気ガスの性状に関する信号を出力するセンサ（例えば、排気ガス中のＮＯｘ濃度に関する信号を出力するセンサ）を、浄化装置よりも下流の排気管に取り付ける場合がある。センサは、例えば、エンジンルーム後部のダッシュパネルよりも後方のトンネル内で、排気管に取り付けられる。

排気管を流れる排気ガスは温度が次第に低下する。排気ガスの温度が下がると、排気ガス中の水分が凝縮することにより凝縮水が発生する場合がある。凝縮水がセンサに付着した状態でセンサに通電すると、センサが故障する恐れがある。そのため、エンジンの運転中に、制御装置は、センサの取り付け位置付近の排気ガスの温度を精度良く把握することによって、凝縮水の有無を推測したいという要求がある。

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、センサの取り付け位置付近における排気ガスの温度を推定することが考えられる。

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。

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。

また、エンジンが理論空燃比の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させたり、理論空燃比の混合気をＳＩ燃焼させたりする場合は、エンジンルーム内の温度を高く維持する必要がない。これらの場合は、エンジンルーム内の温度が過度に上昇することを抑制するため、調節部が走行風導入口を開けることにより、エンジンルーム内へ空気を導入することができる。また、エンジンの温度が高くかつエンジンルーム内の温度が高い場合には、調節部が走行風導入口を開けかつラジエータのファンを作動させると、エンジンルーム内へ空気を積極的に導入することもできる。

ところが、走行風導入口の開閉によって、エンジンルームにつながるトンネル内の温度や風速が変化すると共に、ファンのオンオフによっても、トンネル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及びファンのオンオフの影響を考慮していないため、センサの取り付け位置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。

ここに開示する技術は、センサの取り付け位置における排気ガスの温度を、精度良く推定する。

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。

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、
前記走行風導入口から前記エンジンルーム内への空気の導入を促進するよう作動するファンと、
ダッシュパネルよりも後方のトンネル内に配設されかつ、前記エンジンから排気ガスを導出する排気管と、
前記トンネル内の前記排気管に取り付けられかつ、前記排気ガスの性状に関する信号を出力するセンサと、
前記センサが接続されかつ、前記センサの信号に基づいて前記エンジンを制御する制御部と、を備え、
前記制御部はまた、所定の時間間隔で演算を繰り返すことにより、前記センサの取り付け位置付近における排気ガスの温度を時系列で推定する。

前記制御部は、
前記走行風導入口の開度と、前記ファンの作動状態と、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、前記排気管の周囲の雰囲気温度Ｔｃと、前記排気管の温度Ｔｂ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温度Ｔｂを推定すると共に、推定した排気管の温度Ｔｂと、前記排気管へ導入される排気ガスの温度Ｔａ及び流量とに基づいて、前記センサの取り付け位置付近における排気ガスの温度を推定する。

エンジンから排出された排気ガスは、排気管へ導入される。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、センサの取り付け位置付近へと至る。制御部は、排気管へ導入され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、センサの取り付け位置付近における排気ガスの温度を推定する。

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。

また、ファンは、作動時には、走行風導入口からエンジンルーム内への空気の導入を促進する。ファンは、例えばラジエータの冷却ファンであってもよい。

制御部は、走行風導入口の開度と、ファンの作動状態と、車速とから、トンネル内の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ファンの作動状態と車速とを変更しながら、排気管の周囲における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。

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。排気管の周囲の雰囲気温度は、例えばトンネルが、その内部の少なくとも一部が外部に開放している構造であれば、外気温度を雰囲気温度とみなすことができる。また、トンネルが外部から遮断された構造であれば、前記で算出した風速と、トンネル内に導入される空気の温度と、排気管の温度とに基づいて、排気管の周囲の雰囲気温度を算出してもよい。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及びファンの作動状態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。

そして、制御部は、算出した排気管の温度と、排気管へ導入される排気ガスの温度及び流量と、に基づいて、トンネル内のセンサの取り付け位置付近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。

前記制御部は、前記トンネルの構成から予め定めた輻射モデルと、前記排気管の温度Ｔｂと、前記輻射モデルに関係する温度であって、前記排気管の周囲の壁の温度Ｔｄ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、前記排気管の温度Ｔｂを推定する、としてもよい。

トンネル内に配設された排気管は、トンネルを構成する壁や路面に囲まれている。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トンネルの壁や、路面を意味する。排気管の周囲の壁の温度は、例えば外気温度と等しい、としてもよい。

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、トンネル内のセンサの取り付け位置付近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。

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、前記排気管の温度Ｔｂを推定する、としてもよい。

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、トンネル内のセンサ取り付け位置付近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。

前記制御部は、前記ファンがオフである場合、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。

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、トンネル内の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。

前記制御部は、前記走行風導入口が開である場合、前記ファンがオンである場合の方が、オフである場合よりも前記風速を高く算出する、としてもよい。

ファンがオンであれば、走行風導入口からエンジンルーム内への空気の導入が促進されるため、トンネル内の排気管の周囲の風速も高まる。制御部は、ファンの作動状態に応じた風速を正確に算出することができる。

車速の上昇に対する前記風速の上昇率は、前記ファンがオフである場合、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。

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、トンネル内の風速も大きく上昇する。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。

車速の上昇に対する前記風速の上昇率は、前記走行風導入口が開である場合、前記ファンがオンである場合とオフである場合とで等しい又はほぼ等しい、としてもよい。

走行風導入口の開度が同じであれば、車速の上昇に対する風速の上昇率は、ファンがオンである場合もオフである場合も、等しい又はほぼ等しい。制御部は、走行風導入口の開度とファンの作動状態と車速とに応じた風速を正確に算出することができる。

前記制御部は、前記温度推定部が推定した排気ガスの温度が、所定値よりも低い場合は、前記センサへの通電を禁止する、としてもよい。

排気ガスの温度が所定値よりも低い場合は、排気ガス中の水分が凝縮した凝縮水が発生している可能性が高い。制御部がセンサへの通電を禁止することにより、センサの故障を抑制することができる。

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。

以上説明したように、前記のエンジンの制御装置は、トンネル内のセンサの取り付け位置付近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。

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る。 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。 図３は、エンジンの制御装置を例示するブロック図である。 図４は、グリルシャッターの開閉と冷却ファンのオンオフとの切り替えを説明する図である。 図５は、センサケース内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。 図６は、センサケース内ガス温度の推定ロジックを例示する図である。 図７は、車速とグリルシャッターの開閉と冷却ファンのオンオフと風速との関係を示す風速マップを例示する図である。 図８は、センサケース内ガス温度の推定ロジックに係るフローチャートである。

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。

（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。

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。

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３参照）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。冷却ファン４２はファンの一例である。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。

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。

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。

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。

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。

（エンジンの制御装置）
図３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。

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。

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。

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。

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。

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。

図４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。

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。

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。

（排気ガス温度の推定）
排気管２１を流れる排気ガスは温度が次第に低下する。排気ガスの温度が下がると、排気ガス中の水分が凝縮することにより凝縮水が発生する場合がある。凝縮水が、ＮＯｘセンサＳＷ１０に付着した状態でＮＯｘセンサＳＷ１０に通電すると、ＮＯｘセンサＳＷ１０が故障する恐れがある。そこで、ＥＣＵ１０は、エンジン１の運転中に、ＮＯｘセンサＳＷ１０を有するセンサケース２６内の排気ガスの温度を精度良く把握することが好ましい。

ここに開示するエンジンの制御装置は、センサケース２６内の排気ガスの温度を、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。

図５は、センサケース２６内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。センサケース２６は、排気管２１を介して浄化装置２２に接続されている。浄化装置２２を通過した排気ガスは、排気管２１を通過している間に放熱する（図５の矢印参照）。センサケース２６内において、排気ガスの温度は、浄化装置２２の出口における排気ガスの温度よりも低い。

排気管２１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管２１の温度との温度差に応じて定まる。排気管２１の温度は、排気ガスの放熱量、言い替えると排気管２１が排気ガスから受ける受熱量と、排気管２１から外部へ放出する放熱量とに応じて定まる。排気管２１から外部への放熱量は、排気管２１の周囲の空気の風速と、排気管２１の周囲の雰囲気温度と、排気管２１の周囲に存在する壁（つまり、トンネル９１を構成する床面や、路面）の温度とに応じて定まる。

図６は、ＥＣＵ１０が実行する、センサケース２６内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、浄化装置２２の出口のガス温度７１と、排気管２１に導入される排気ガスの流量７２とをインプットとし、センサケース２６内のガス温度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。

浄化装置２２の出口付近に温度センサを取り付けると、ＥＣＵ１０は、浄化装置２２の出口における排気ガスの温度７１を、当該温度センサの出力信号に基づいて取得することができる。

また、浄化装置２２の出口付近に温度センサを取り付けなくても、ＥＣＵ１０は、エンジン１から排出される排気ガスの温度及び流量に基づいて、浄化装置２２の出口のガス温度７１を演算によって求めることができる。図５に示すように、浄化装置２２は、排気マニホールド２０を介してエンジン１に接続されている。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。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。

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。エンジン１、排気マニホールド２０及び浄化装置２２は、エンジンルーム９０内に配設されている。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。

エンジン１と浄化装置２２との間の熱に関するシステムと、浄化装置２２とセンサケース２６との間の熱に関するシステムとは類似している。ＥＣＵ１０は、浄化装置２２の出口における排気ガスの温度７１を、後述するセンサケース２６内の排気ガス温度を推定するロジック（図６参照）に準じて推定することができる。つまり、ＥＣＵ１０は、排気ポートのガス温度と排気ガス流量とをインプットとし、浄化装置入口のガス温度をアウトプットとする演算を行うことにより、浄化装置２２の入口のガス温度、及び、浄化装置２２の出口のガス温度を推定することができる。

ここで、ＥＣＵ１０は、排気ポートのガス温度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を演算することができる。

尚、ＥＣＵ１０が排気ポートのガス温度を演算する代わりに、排気ポートガス温度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を取得することができる。

図６に戻り、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から排出されかつ、排気管２１に導入される排気ガス流量７２を演算することができる。

ＥＣＵ１０はまた、浄化装置２２の出口のガス温度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。

ＥＣＵ１０は、排気管２１から外部への放熱量を演算するために、排気管２１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、トンネル９１内に配設された排気管２１の周囲の空気の風速は、自動車の車速、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の開度と冷却ファン４２の作動状態とを変更しながら、排気管２１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、ＥＣＵ１０が定める冷却ファンのオンオフ７８とに基づいて、排気管２１の周囲の風速７９を算出する。

ここで、図７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の開度と冷却ファン４２のオンオフと排気管２１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及びトンネル９１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、排気管２１の周囲における空気の風速は高い。

また、冷却ファン４２がオフの状態において、グリルシャッター６５が開（つまり、全開）である場合は、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及びトンネル９１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、排気管２１の周囲における空気の風速は高い。

冷却ファン４２がオフの状態において、グリルシャッター６５の開度が大きい場合の方が、小さい場合よりも、車速の上昇に対する風速の上昇率（つまり、図７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及びトンネル９１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。

グリルシャッター６５が開である場合、冷却ファン４２がオンである場合の方が、オフである場合よりも、排気管２１の周囲における空気の風速は高い。

また、グリルシャッターが開である場合、冷却ファン４２がオンである場合とオフである場合とで、車速の上昇に対する風速の上昇率（つまり、図７の傾き）は、等しい又はほぼ等しい。

尚、図７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。

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。

尚、ＥＣＵ１０は、風速マップ７５に代えて、モデルを用いて排気管２１の周囲における空気の風速を算出してもよい。

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、冷却ファン４２の作動状態と、車速とから、排気管２１の周囲の空気の風速を算出する。

ＥＣＵ１０はまた、排気管２１の周囲の雰囲気温度Ｔｃを設定する。本願発明者等の検討によると、トンネル９１内の排気管２１の周囲の温度は、トンネル９１の下部が、開放されているため、外気温７１０にほぼ等しい。そこで、ＥＣＵ１０は、外気温センサＳＷ１１の信号を、雰囲気温度Ｔｃに定める。

尚、トンネル９１が密閉された構造であれば、排気管２１の周囲の雰囲気温度は外気温度と一致しない場合がある。この場合の雰囲気温度は、例えば前記で算出した風速７９、トンネル９１内に流入する空気の温度、及び、排気管２１の外表面温度と相関を有している。排気管２１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を事前に作成しておき、ＥＣＵ１０は、当該温度マップに基づいて、排気管２１の周囲における雰囲気温度を算出してもよい。尚、ＥＣＵ１０は、温度マップに代えて、モデルを用いて排気管２１の周囲における雰囲気温度を算出してもよい。

ＥＣＵ１０は、前述した風速７９及び雰囲気温度Ｔｃと、排気管２１の温度Ｔｂとに基づいて、排気管２１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３２を有している。第１放熱量算出部３２は、排気管２１から外部への熱伝達による第１放熱量Ｑ１を算出する。

トンネル９１内に配設された排気管２１は、トンネル９１を構成する壁（つまり、床面）や路面に囲まれている。排気管２１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、排気管２１の温度Ｔｂと路面及び／又は床面温度Ｔｄとに基づいて、排気管２１から外部への輻射による第２放熱量Ｑ２を算出する。本願発明者等は、トンネル９１が開放している構成例においては、路面及び／又は床面温度Ｔｄと、雰囲気温度Ｔｃとは、ほぼ一致することを確認した。路面及び／又は床面温度Ｔｄは、外気温センサＳＷ１１が計測する外気温７１０と等しい、とすることができる。尚、自動車が、路面及び／又は床面温度Ｔｄと、雰囲気温度Ｔｃとが一致しない構成であれば、ＥＣＵ１０は、雰囲気温度Ｔｃとは別に、路面及び／又は床面温度Ｔｄを算出すればよい。

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３３を有している。第２放熱量算出部３３は、排気管２１から外部への輻射による第２放熱量Ｑ２を算出する。

排気管２１は、外部へ放熱する他に、排気管２１内の排気ガスから受熱する。ＥＣＵ１０は、排気管２１内の排気ガス温度Ｔａと、排気ガスの流量と、排気管２１の温度Ｔｂとに基づいて、排気ガスから排気管２１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、排気管２１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３４を有している。第３放熱量算出部３４は、排気ガス温度Ｔａと、排気ガスの流量７２と、排気管２１の温度Ｔｂとに基づいて、排気ガスから排気管２１への熱伝達による第３放熱量Ｑ３を算出する。

ＥＣＵ１０は、算出した放熱量Ｑ１、Ｑ２及びＱ３に基づいて排気管２１の温度Ｔｂを算出する。より詳細に、ＥＣＵ１０は、排気管２１の前回温度に対して、排気管２１から放熱される熱量Ｑ１、Ｑ２と、排気管２１が受熱する熱量Ｑ３との差し引きに基づいて、排気管２１の温度Ｔｂを推定する。

そして、ＥＣＵ１０は、排気管２１の温度Ｔｂを推定すれば、当該排気管２１の温度Ｔｂと、排気管２１に導入される排気ガスの熱エネルギ７３とに基づいて、排気管２１の入口から出口までにおいて排気ガスから排気管２１へ放熱する熱量を算出し、その放熱量に基づいてセンサケース２６内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３５を有している。

ＥＣＵ１０は、車速とグリルシャッター６５の開度と冷却ファン４２の作動状態とを考慮して算出した排気管２１の温度に基づいて、トンネル９１内のセンサケース２６内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。

図８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～Ｓ１１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。

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４参照）。

ステップＳ３においてＥＣＵ１０は、グリルシャッター開度７７と冷却ファン４２のオンオフ７８と車速７６と風速マップ７５とから、排気管２１の周囲の風速７９を算出する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、排気管温度Ｔｂと風速７９と雰囲気温度Ｔｃ（つまり、外気温７１０）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Ｓ５において、ＥＣＵ１０は、排気管温度Ｔｂと路面／床面温度Ｔｄ（＝Ｔｃ、つまり、外気温７１０）とから輻射による第２放熱量Ｑ２を算出する。

ステップＳ６において、ＥＣＵ１０は、排気ガス温度Ｔａと排気管温度Ｔｂとから熱伝達による第３放熱量Ｑ３を算出する。

そして、ステップＳ７において、ＥＣＵ１０は、前回の排気管温度と、ステップＳ４～Ｓ６で算出した放熱量Ｑ１～Ｑ３とに基づいて、今回の排気管温度Ｔｂを算出し、続くステップＳ８において、ＥＣＵ１０は、浄化装置２２の出口のガス温度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、排気管温度Ｔｂとから、排気ガスから排気管２１への放熱量を算出し、センサケース２６内における排気ガスの温度７０を算出（つまり、推定）する。

センサケース２６内の排気ガスの温度７０を算出すれば、ＥＣＵ１０は、続くステップＳ９で、算出した排気ガスの温度７０が、予め定めた閾値を超えるか否かを判断する。閾値は、排気ガスから凝縮水が発生しない温度として定めればよい。温度が閾値を超える場合は、プロセスはステップＳ９からステップＳ１０に進む。温度が閾値以下の場合、つまり、センサケース２６内における排気ガスの温度が低い場合、プロセスはステップＳ９からステップＳ１１に進む。ステップＳ１０においてＥＣＵ１０は、ＮＯｘセンサＳＷ１０への通電を許可し、ＮＯｘ濃度の計測を行う。ステップＳ１１においてＥＣＵ１０は、ＮＯｘセンサＳＷ１０への通電を禁止する。凝縮水が付着した状態でＮＯｘセンサＳＷ１０に通電することが回避される。ＮＯｘセンサＳＷ１０が故障してしまうことを抑制することができる。

尚、排気マニホールド２０の温度の算出に係る放熱量Ｑ１～Ｑ３の内、可能であれば、ＥＣＵ１０は、放熱量Ｑ２及びＱ３の算出を省略してもよい。

また、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。

１ エンジン
１０ ＥＣＵ（制御部）
２１ 排気管
２６ センサケース
４２ 冷却ファン（ファン）
３１ 風速算出部
３２ 第１放熱量算出部
３３ 第２放熱量算出部
３４ 第３放熱量算出部
３５ 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
９１ トンネル
９２ ダッシュパネル
ＳＷ１０ ＮＯｘセンサ

Claims (9)

1. 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、
   前記走行風導入口から前記エンジンルーム内への空気の導入を促進するよう作動するファンと、
   ダッシュパネルよりも後方のトンネル内に配設されかつ、前記エンジンから排気ガスを導出する排気管と、
   前記トンネル内の前記排気管に取り付けられかつ、前記排気ガスの性状に関する信号を出力するセンサと、
   前記センサが接続されかつ、前記センサの信号に基づいて前記エンジンを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部はまた、所定の時間間隔で演算を繰り返すことにより、前記センサの取り付け位置付近における排気ガスの温度を時系列で推定し、
   前記制御部は、
   前記走行風導入口の開度と、前記ファンの作動状態と、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、前記排気管の周囲の雰囲気温度Ｔｃと、前記排気管の温度Ｔｂ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温度Ｔｂを推定すると共に、推定した排気管の温度Ｔｂと、前記排気管へ導入される排気ガスの温度Ｔａ及び流量とに基づいて、前記センサの取り付け位置付近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。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御部は、前記トンネルの構成から予め定めた輻射モデルと、前記排気管の温度Ｔｂと、前記輻射モデルに関係する温度であって、前記排気管の周囲の壁の温度Ｔｄ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、前記排気管の温度Ｔｂを推定するエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
   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、前記排気管の温度Ｔｂを推定するエンジンの制御装置。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御部は、前記ファンがオフである場合、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。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御部は、前記走行風導入口が開である場合、前記ファンがオンである場合の方が、オフである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。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   車速の上昇に対する前記風速の上昇率は、前記ファンがオフである場合、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。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   車速の上昇に対する前記風速の上昇率は、前記走行風導入口が開である場合、前記ファンがオンである場合とオフである場合とで等しい又はほぼ等しいエンジンの制御装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記制御部は、推定した排気ガスの温度が、所定値よりも低い場合は、前記センサへの通電を禁止するエンジンの制御装置。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   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。

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