WO2015016305A1 - 排気系の状態検出装置 - Google Patents

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哲史 塙
伊海　佳昭
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いすゞ自動車株式会社
株式会社トランストロン
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    • F02D2200/0618—Actual fuel injection timing or delay, e.g. determined from fuel pressure drop

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust system state detection device, and more particularly to an exhaust system state detection device that detects the temperature of exhaust gas discharged from an engine.
  • an exhaust gas recirculation device (Exhaust Gas Recirculation: hereinafter referred to as an EGR device) that circulates a part of engine exhaust to an intake system.
  • the EGR device includes an EGR cooler that cools EGR gas and the like in a pipe that connects an exhaust system and an intake system.
  • the output of the exhaust temperature sensor is delayed in response to the actual change in exhaust temperature. For this reason, when various controls of the engine are performed based on the exhaust temperature sensor, there is a possibility that the control is delayed and optimal control for the operating state cannot be realized.
  • An object of the present invention is to provide an exhaust system state detection device capable of effectively detecting the exhaust temperature with a simple configuration.
  • the disclosed exhaust system state detection device includes an oxygen concentration detection unit that detects an intake oxygen concentration of an engine, an operation state detection unit that detects an operation state of the engine, and the detected intake oxygen concentration. Based on a fuel injection start timing set according to the operating state and a first model equation that defines at least a prestored relationship between the intake oxygen concentration, the injection start timing, and the indicated thermal efficiency change amount, the indicated thermal efficiency change of the engine On the basis of the illustrated thermal efficiency change amount calculating means for calculating the amount, the calculated thermal efficiency change amount to be calculated, and a second model expression defining the relationship between at least the exhaust temperature and the indicated thermal efficiency change amount stored in advance. Exhaust temperature calculating means for calculating the exhaust temperature.
  • the exhaust temperature can be detected effectively with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram illustrating an exhaust system state detection device according to an embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the control content by the state detection apparatus of the exhaust system which concerns on one Embodiment of this invention.
  • a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 10 is provided with an intake manifold 10A and an exhaust manifold 10B.
  • An intake passage 11 for introducing fresh air is connected to the intake manifold 10A, and an exhaust passage 12 for releasing exhaust gas to the atmosphere is connected to the exhaust manifold 10B.
  • the exhaust passage 12 is provided with a turbine 14B of the supercharger 14 and an exhaust aftertreatment device (not shown) in order from the exhaust upstream side.
  • a MAF sensor 32, a compressor 14 ⁇ / b> A of the supercharger 14, an intercooler 15, an intake air temperature sensor 33, an intake oxygen concentration sensor (oxygen concentration detection means) 34, and a boost pressure sensor 35 are sequentially arranged from the intake upstream side. Is provided. Sensor values detected by these sensors 32 to 35 are output to an electrically connected electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 40.
  • ECU electronice control unit
  • the EGR device 20 includes an EGR passage 21 that circulates part of exhaust gas to the intake system, an EGR cooler (circulation exhaust cooling means) 22 that cools EGR gas, and an EGR valve 23 that adjusts the EGR gas flow rate. . Further, an EGR cooler outlet temperature sensor (exhaust temperature detecting means) 36 for detecting the temperature of the EGR gas cooled by the EGR cooler 22 is provided in the EGR passage 21 downstream (exit) from the EGR cooler 22. . The sensor value detected by the EGR cooler outlet temperature sensor 36 is output to the electrically connected ECU 40.
  • the engine rotation sensor 30 detects the rotation speed of a crankshaft (not shown).
  • the accelerator opening sensor 31 detects an accelerator opening corresponding to a depression amount of an accelerator pedal (not shown). Sensor values detected by these sensors 30 and 31 are output to the electrically connected ECU 40.
  • the engine rotation sensor 30 and the accelerator opening sensor 31 are preferable as an example of the driving state detection means.
  • the ECU 40 performs various controls such as fuel injection of the engine 10, and includes a known CPU, ROM, RAM, input port, output port, and the like.
  • the ECU 40 also includes a fuel injection control unit 41, a thermal efficiency calculation unit (illustrated thermal efficiency change amount calculation unit) 42, an exhaust temperature calculation unit (exhaust temperature calculation unit) 43, and an EGR cooler diagnosis unit (diagnosis unit) 44.
  • a thermal efficiency calculation unit illustrated thermal efficiency change amount calculation unit
  • exhaust temperature calculation unit exhaust temperature calculation unit
  • EGR cooler diagnosis unit diagnosis unit
  • the fuel injection control unit 41 determines the fuel injection timing of a fuel injection device (not shown) of the engine 10 based on the rotation speed N input from the engine rotation sensor 30 and the accelerator opening Q input from the accelerator opening sensor 31. Control the fuel injection amount.
  • the illustrated thermal efficiency calculation unit 42 calculates the indicated thermal efficiency change amount ⁇ i of the engine 10 based on sensor values detected by the various sensors 30 to 36, a model equation described later, and the like. Hereinafter, the calculation procedure will be described in detail.
  • the energy storage in the cylinder of the engine 10 is expressed by the following equation (1) indicating the relationship among the exhaust energy H ex , the intake energy H in , the fuel combustion energy Q fuel , the cooling loss energy U hloss, and the illustrated work W id of the engine 10. ).
  • the indicated thermal efficiency ⁇ i of the engine 10 is expressed by the following formula (2) indicating the ratio of the indicated work W id and the combustion energy Q fuel .
  • Equation (4) assuming that the fuel injection amount is constant and the change in the cooling loss energy U hloss is small, the exhaust energy change amount ⁇ H ex is approximated by Equation (5) below.
  • the engine outlet exhaust temperature T 3 is obtained as follows: constant pressure specific heat of intake: C p, in , exhaust flow rate: m ex , reference exhaust energy: H ex, ref , reference intake energy: It is expressed by the following formula (7) (second model formula) where H in, ref , exhaust energy: H in , and combustion energy: Q fuel .
  • a correction value map (not shown) that prescribes the relationship between the engine speed N, the accelerator opening Q, and the intake oxygen concentration
  • the illustrated thermal efficiency calculation unit 42 reads and substitutes values corresponding to the operating state of the engine 10 from these maps into the equation (9), and the intake oxygen concentration X O2 input from the intake oxygen concentration sensor 34 and the fuel injection control.
  • the injection start timing ⁇ determined by the unit 41 is substituted.
  • the indicated thermal efficiency change amount ⁇ i reflecting the change amount from the reference intake oxygen concentration X O2, ref and the change amount from the reference injection start timing ⁇ ref is calculated in real time according to the operating state of the engine 10. It is comprised so that.
  • the exhaust temperature calculation unit 43 calculates the engine outlet exhaust temperature T 3 in real time based on the formula (7). More specifically, the ECU 40 includes a reference value map (not shown) showing the relationship between the engine speed N, the accelerator opening Q, and the reference intake energy Hin , ref , which has been created in advance through experiments or the like, and the engine speed N A reference value map (not shown) indicating the relationship between the accelerator opening Q and the reference exhaust energy Hex, ref is stored.
  • Exhaust temperature calculator 43 along with reading the value corresponding from these maps on the operating state of the engine 10, constant pressure specific heat C p of the intake, in, intake air temperature T 2 and the following equation showing the relationship between the intake air flow rate m in ( The intake energy H in is calculated from 10).
  • the exhaust temperature calculation unit 43 calculates the combustion energy Q fuel of the fuel from the following formula (11) showing the relationship between the lower heating value h l of the fuel and the fuel injection amount m fuel .
  • the exhaust temperature calculation unit 43 then substitutes the values read from the map, the values calculated from the equations (10) and (11), the constant pressure specific heat C p, ex of the exhaust gas, and the exhaust flow rate m ex into the equation (7). it is, calculates the engine outlet exhaust temperature T 3. Thereby, the engine outlet exhaust temperature T 3 which changes according to the operating state of the engine 10 is calculated in real time.
  • the exhaust flow rate mex may be detected directly by an exhaust flow rate sensor (not shown), or may be estimated based on the operating state of the engine 10 ascertained from the engine speed N and the accelerator opening Q. Good.
  • the EGR cooler diagnosis unit 44 determines whether the EGR cooler 22 has failed based on the engine outlet exhaust temperature T 3 calculated by the exhaust temperature calculation unit 43 and the EGR cooler outlet temperature T 4 input from the EGR cooler outlet temperature sensor 36. Run diagnostics.
  • the ECU 40 stores a lower limit threshold value T min indicating a failure of the EGR cooler 22 obtained in advance by experiments or the like.
  • the failure means that, for example, soot and oil in the exhaust adheres to fins (not shown) of the EGR cooler 22 and the heat exchange between the EGR gas and the cooling water is hindered, thereby significantly reducing the cooling efficiency. It means the state that was made to.
  • the EGR cooler diagnosis unit 44 determines that the EGR cooler 22 is in failure when the temperature difference ⁇ T between the engine outlet exhaust temperature T 3 and the EGR cooler outlet temperature T 4 becomes lower than the lower limit threshold T min .
  • the failure determination is not necessarily based on the temperature difference ⁇ T, and may be performed based on the ratio T 3 / T 4 between the engine outlet exhaust temperature T 3 and the EGR cooler outlet temperature T 4 .
  • step 100 sensor values of various sensors 30 to 36 are input to the ECU 40.
  • the intake oxygen concentration X O2, ref and the reference injection start timing ⁇ ref are read.
  • step 120 based on the values read from the various maps in step 110, the intake oxygen concentration X O2 input from the intake oxygen concentration sensor 34, and the injection start timing ⁇ determined by the fuel injection control unit 41, The indicated thermal efficiency change ⁇ i is calculated from the model equation (9).
  • step 130 according to the operating state of the engine 10, reference intake energy H in the reference value map, ref, the reference exhaust energy H ex, with ref is read, equation (10), exhaust energy H in the (11) The combustion energy Q fuel is calculated.
  • step 140 based on the indicated thermal efficiency variation ⁇ i calculated in step 120, the value read from the map in step 130, and the values calculated from equations (10) and (11), the model of equation (7) is used.
  • the engine outlet exhaust temperature T 3 is calculated from the equation.
  • step 150 failure of the EGR cooler 22 is determined based on the difference ⁇ T between the engine outlet exhaust temperature T 3 calculated in step 140 and the EGR cooler outlet temperature T 4 input from the EGR cooler outlet temperature sensor 36.
  • the present control is returned to step 100. Thereafter, each control step from Step 100 to Step 160 is repeatedly executed until the ignition key is turned off.
  • the temperature of the exhaust discharged from the engine is directly measured using an exhaust temperature sensor provided in the exhaust passage. Since this exhaust temperature sensor has a response delay with respect to the actual exhaust temperature, there has been a problem in causing various delays in various engine controls.
  • the exhaust system state detection device calculates the indicated thermal efficiency change ⁇ i of the engine 10 in real time from the model equation represented by the above-described formula (9), and also shows the indicated thermal efficiency change ⁇ .
  • the engine outlet exhaust gas temperature T 3 is calculated in real time from i and the model equation represented by the above equation (7). That is, without using the exhaust gas temperature sensor caused the response delay, by using a pre-defined model equation, and is configured to compute the engine outlet exhaust temperature T 3 rapidly and accurately.
  • the exhaust system state detection device of the present embodiment it is possible to effectively detect (calculate) the engine outlet exhaust temperature T 3 with a simple configuration using a model formula.
  • exhaust gas temperature sensors have been provided on the upstream side and the downstream side of the EGR cooler in order to diagnose the EGR cooler. For this reason, there is a problem that the diagnosis is influenced by the response delay of the exhaust temperature sensor and the cost of the entire apparatus is increased due to the increase in the number of sensors.
  • the exhaust system state detection device of the present embodiment is inputted from the engine outlet exhaust temperature T 3 calculated in real time from the model formula shown by the above formula (7) and the EGR cooler outlet temperature sensor 36. Based on the temperature difference ⁇ T with the EGR cooler outlet temperature T 4 , the failure of the EGR cooler 22 is determined.
  • the exhaust system state detection device of the present embodiment it is possible to quickly and accurately diagnose the EGR cooler 22 without being affected by the response delay of the sensor. Further, the upstream exhaust temperature sensor can be omitted, and the cost increase due to the increase in the number of sensors can be effectively suppressed.
  • the engine outlet exhaust temperature T 3 calculated by the exhaust temperature calculation unit 43 has been described as being used for the diagnosis of the EGR cooler 22.
  • the control of the EGR gas amount and the exhaust aftertreatment device (not shown) You may comprise so that it may be used for control.
  • the engine 10 is not limited to a diesel engine, and can be widely applied to other engines such as a gasoline engine. In any of these cases, the same effects as those of the above-described embodiment can be achieved.
  • Engine 20 EGR device 22 EGR cooler (circulation exhaust cooling means) 30 Engine rotation sensor (operating state detection means) 31 Accelerator opening sensor (operating state detection means) 34 Intake oxygen concentration sensor (oxygen concentration detection means) 35 Boost pressure sensor 36 EGR cooler outlet temperature sensor (exhaust temperature detection means) 40 ECU 42 Thermal efficiency calculation section (thermal efficiency change calculation means) 43 Exhaust temperature calculation unit (exhaust temperature calculation means) 44 EGR cooler diagnostic unit (diagnostic means)

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Abstract

排気系の状態検出装置に関し、簡素な構成で、排気温度を効果的に検出する。　エンジン（１０）の吸気酸素濃度を検出する吸気酸素濃度センサ（３２）と、運転状態を検出するエンジン回転センサ（３０）、アクセル開度センサ（３１）と、吸気酸素濃度、燃料の噴射開始時期及び、予め記憶した吸気酸素濃度と噴射開始時期と図示熱効率変化量との関係を規定する第１モデル式に基づいて、エンジン（１０）の図示熱効率変化量を演算する図示熱効率演算部（４２）と、図示熱効率変化量及び、予め記憶した排気温度と図示熱効率変化量との関係を規定した第２モデル式に基づいて、エンジン（１０）の排気温度を演算する排気温度演算部（４３）とを備えた。

Description

排気系の状態検出装置
　本発明は、排気系の状態検出装置に関し、特に、エンジンから排出される排気の温度を検出する排気系の状態検出装置に関する。
　従来、エンジンの排気の一部を吸気系に環流する排気環流装置（Exhaust Gas Recirculation：以下、ＥＧＲ装置）が知られている。ＥＧＲ装置は、排気系と吸気系とを接続する配管に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ等を備えて構成されている。
　ＥＧＲクーラ内に排気中のオイルや煤が付着すると、冷却効率の低下を招き、高温状態のＥＧＲガスが吸気系に再循環される。このような課題に着目し、ＥＧＲクーラの上流側及び下流側に排気温度センサをそれぞれ設け、これらセンサの温度差に基づいてＥＧＲクーラの冷却効率を診断する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９－１１４８７１号公報
　ところで、排気温度センサの出力は、実際の排気温度の変化に対して応答遅れを生じる。そのため、排気温度センサに基づいてエンジンの各種制御を行うと、制御に遅れが生じ、運転状態に最適な制御を実現できない可能性がある。
　また、ＥＧＲクーラの上流側及び下流側に排気温度センサをそれぞれ設ける構成では、センサ数の増加により装置全体のコスト上昇を招く課題もある。
　本発明の目的は、簡素な構成で、排気温度を効果的に検出することができる排気系の状態検出装置を提供することにある。
　開示の排気系の状態検出装置は、エンジンの吸気酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出される前記吸気酸素濃度、検出される前記運転状態に応じて設定される燃料噴射開始時期及び、予め記憶した少なくとも吸気酸素濃度と噴射開始時期と図示熱効率変化量との関係を規定する第１モデル式に基づいて、前記エンジンの図示熱効率変化量を演算する図示熱効率変化量演算手段と、演算される前記図示熱効率変化量及び、予め記憶した少なくとも排気温度と図示熱効率変化量との関係を規定した第２モデル式に基づいて、前記エンジンの排気温度を演算する排気温度演算手段とを備える。
　開示の排気系の状態検出装置によれば、簡素な構成で、排気温度を効果的に検出することができる。
本発明の一実施形態に係る排気系の状態検出装置を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る排気系の状態検出装置による制御内容を示すフローチャートである。
　以下、図１，２に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気系の状態検出装置を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称及び機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
　図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）１０には、吸気マニホールド１０Ａ及び、排気マニホールド１０Ｂが設けられている。吸気マニホールド１０Ａには新気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気を大気に放出する排気通路１２が接続されている。
　排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機１４のタービン１４Ｂ、図示しない排気後処理装置が設けられている。吸気通路１１には、吸気上流側から順に、ＭＡＦセンサ３２、過給機１４のコンプレッサ１４Ａ、インタークーラ１５、吸気温度センサ３３、吸気酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）３４、ブースト圧センサ３５が設けられている。これらセンサ３２～３５で検出されるセンサ値は、電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）４０に出力される。
　ＥＧＲ装置２０は、排気の一部を吸気系に環流するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ（環流排気冷却手段）２２と、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲバルブ２３とを備えている。また、ＥＧＲクーラ２２よりも下流側（出口）のＥＧＲ通路２１には、ＥＧＲクーラ２２で冷却されたＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲクーラ出口温度センサ（排気温度検出手段）３６が設けられている。ＥＧＲクーラ出口温度センサ３６で検出されるセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。
　エンジン回転センサ３０は、図示しないクランク軸の回転数を検出する。アクセル開度センサ３１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度を検出する。これらセンサ３０，３１で検出されるセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に出力される。なお、エンジン回転センサ３０やアクセル開度センサ３１は、運転状態検出手段の一例として好ましい。
　ＥＣＵ４０は、エンジン１０の燃料噴射等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。また、ＥＣＵ４０は、燃料噴射制御部４１と、図示熱効率演算部（図示熱効率変化量演算手段）４２と、排気温度演算部（排気温度演算手段）４３と、ＥＧＲクーラ診断部（診断手段）４４とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
　燃料噴射制御部４１は、エンジン回転センサ３０から入力される回転数Ｎ及び、アクセル開度センサ３１から入力されるアクセル開度Ｑに基づいて、エンジン１０の図示しない燃料噴射装置による燃料噴射時期や燃料噴射量を制御する。
　図示熱効率演算部４２は、各種センサ３０～３６で検出されるセンサ値及び、後述するモデル式等に基づいて、エンジン１０の図示熱効率変化量Δηiを演算する。以下、その演算手順を詳述する。
　エンジン１０の筒内におけるエネルギ保存は、排気エネルギＨex、吸気エネルギＨin、燃料の燃焼エネルギＱfuel、冷却損失エネルギＵhloss及び、エンジン１０の図示仕事Ｗidの関係を示す以下の数式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、エンジン１０の図示熱効率ηiは、図示仕事Ｗidと燃焼エネルギＱfuelとの比を示す以下の数式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　数式（１）に数式（２）の図示仕事Ｗidを代入すると、排気エネルギＨexは以下の数式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　さらに、数式（３）に基づいて、基準排気エネルギＨex,refからの変化量ΔＨexを計算すると以下の数式（４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　数式（４）において、燃料噴射量は一定、冷却損失エネルギＵhlossの変化は微小であると仮定すると、排気エネルギの変化量ΔＨexは以下の数式（５）で近似される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　さらに、エンジン１０から排出される排気温度（以下、エンジン出口排気温度）Ｔ3は、数式（４）のΔＨex＝Ｈex－Ｈex,refから以下の数式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　数式（６）に数式（５）を代入すると、エンジン出口排気温度Ｔ3は、吸気の定圧比熱：Ｃp,in、排気流量：ｍex、基準排気エネルギ：Ｈex、ref、基準吸気エネルギ：Ｈin、ref、排気エネルギ：Ｈin、燃焼エネルギ：Ｑfuelとする以下の数式（７）（第２モデル式）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、図示熱効率ηiの変化要因として、燃料の噴射開始時期φ及び、吸気酸素濃度ＸO2を考慮する。図示熱効率変化量Δηiの吸気酸素濃度ＸO2に対する変化を線形と仮定すると、図示熱効率変化量Δηiはテイラー展開により、吸気酸素濃度：ＸO2、噴射開始時期：φ、吸入酸素濃度補正係数：ｋ1,O2、基準吸入酸素濃度：ＸO2、ref、噴射開始時期補正係数：ｋn(n=1,2),soi、基準噴射開始時期：φrefとする以下の数式（８）で近似される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　数式（８）において、噴射開始時期φと吸入酸素濃度ＸO2との相互作用項の影響を微小と仮定すると、図示熱効率変化量Δηiは以下の数式（９）（第１モデル式）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　図示熱効率演算部４２は、この数式（９）に基づいて、図示熱効率変化量Δηiをリアルタイムで演算する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により作成したエンジン回転数Ｎとアクセル開度Ｑと吸入酸素濃度補正係数ｋ1,O2との関係を規定する補正値マップ（不図示）及び、エンジン回転数Ｎとアクセル開度Ｑと基準吸入酸素濃度ＸO2、refとの関係を規定する基準値マップ（不図示）が記憶されている。さらに、ＥＣＵ４０には、予め実験等により作成したエンジン回転数Ｎとアクセル開度Ｑと噴射開始時期補正係数ｋn(n=1,2),soiとの関係を規定する補正値マップ（不図示）及び、エンジン回転数Ｎとアクセル開度Ｑと基準噴射開始時期φrefとの関係を規定する基準値マップ（不図示）が記憶されている。
　図示熱効率演算部４２は、数式（９）にこれらマップからエンジン１０の運転状態に応じた値を読み取って代入すると共に、吸気酸素濃度センサ３４から入力される吸気酸素濃度ＸO2及び、燃料噴射制御部４１で決定される噴射開始時期φをそれぞれ代入する。これにより、基準吸入酸素濃度ＸO2、refからの変化量及び、基準噴射開始時期φrefからの変化量を反映した図示熱効率変化量Δηiが、エンジン１０の運転状態に応じてリアルタイムで演算されるように構成されている。
　排気温度演算部４３は、数式（７）に基づいて、エンジン出口排気温度Ｔ3をリアルタイムで演算する。より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等により作成したエンジン回転数Ｎとアクセル開度Ｑと基準吸気エネルギＨin、refとの関係を示す基準値マップ（不図示）及び、エンジン回転数Ｎとアクセル開度Ｑと基準排気エネルギＨex、refとの関係を示す基準値マップ（不図示）が記憶されている。
　排気温度演算部４３は、これらマップからエンジン１０の運転状態に応じた値を読み取ると共に、吸気の定圧比熱Ｃp,in、吸気温度Ｔ2及び、吸気流量ｍinの関係を示す以下の数式（１０）から吸気エネルギＨinを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　さらに、排気温度演算部４３は、燃料の低位発熱量ｈl及び、燃料噴射量ｍfuelの関係を示す以下の数式（１１）から燃料の燃焼エネルギＱfuelを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　そして、排気温度演算部４３は、マップから読み取った値や数式（１０），（１１）から演算した値及び、排気の定圧比熱Ｃp,ex、排気流量ｍexを数式（７）に代入することで、エンジン出口排気温度Ｔ3を演算する。これにより、エンジン１０の運転状態に応じて変化するエンジン出口排気温度Ｔ3がリアルタイムで演算されるように構成されている。なお、排気流量ｍexは、図示しない排気流量センサで直接的に検出してもよく、又は、エンジン回転数Ｎ及びアクセル開度Ｑから把握されるエンジン１０の運転状態に基づいて推定してもよい。
　ＥＧＲクーラ診断部４４は、排気温度演算部４３で演算されるエンジン出口排気温度Ｔ3と、ＥＧＲクーラ出口温度センサ３６から入力されるＥＧＲクーラ出口温度Ｔ4とに基づいて、ＥＧＲクーラ２２の故障診断を実行する。
　より詳しくは、ＥＣＵ４０には、予め実験等で求めたＥＧＲクーラ２２の故障を示す下限閾値Ｔminが記憶されている。ここで、故障とは、例えば、ＥＧＲクーラ２２の図示しないフィン等に排気中の煤やオイルが付着し、ＥＧＲガスと冷却水との間の熱交換が妨げられることで、冷却効率を著しく低下させた状態をいう。
　ＥＧＲクーラ診断部４４は、エンジン出口排気温度Ｔ3とＥＧＲクーラ出口温度Ｔ4との温度差ΔＴが下限閾値Ｔminよりも低くなった場合は、ＥＧＲクーラ２２を故障と判定する。なお、故障判定は、必ずしも温度差ΔＴに基づく必要はなく、エンジン出口排気温度Ｔ3とＥＧＲクーラ出口温度Ｔ4との比Ｔ3／Ｔ4に基づいて行われてもよい。
　次に、図２に基づいて、本実施形態の排気系の状態検出装置による制御フローを説明する。
　まず、イグニッションキーのＯＮ操作と同時に、ステップ１００では、各種センサ３０～３６のセンサ値がＥＣＵ４０に入力される。
　ステップ１１０では、エンジン１０の運転状態に応じて、補正値マップから吸入酸素濃度補正係数ｋ1,O2及び、噴射開始時期補正係数ｋn(n=1,2),soi、基準値マップから基準吸入酸素濃度ＸO2、ref及び、基準噴射開始時期φrefがそれぞれ読み取られる。
　ステップ１２０では、ステップ１１０で各種マップから読み取った値と、吸気酸素濃度センサ３４から入力される吸気酸素濃度ＸO2と、燃料噴射制御部４１で決定される噴射開始時期φとに基づいて、数式（９）のモデル式から図示熱効率変化量Δηiが演算される。
　ステップ１３０では、エンジン１０の運転状態に応じて、基準値マップから基準吸入エネルギＨin、ref、基準排気エネルギＨex、refが読み取られると共に、数式（１０），（１１）から排気エネルギＨin、燃焼エネルギＱfuelが演算される。
　ステップ１４０では、ステップ１２０で演算された図示熱効率変化量Δηi、ステップ１３０でマップから読み取った値及び、数式（１０），（１１）から演算された値に基づいて、数式（７）のモデル式からエンジン出口排気温度Ｔ3が演算される。
　ステップ１５０では、ステップ１４０で演算されたエンジン出口排気温度Ｔ3と、ＥＧＲクーラ出口温度センサ３６から入力されるＥＧＲクーラ出口温度Ｔ4との差ΔＴに基づいて、ＥＧＲクーラ２２の故障が判定される。温度差ΔＴが下限閾値Ｔminよりも低い場合（ＹＥＳ）、ステップ１６０でＥＧＲクーラ２２は故障と判定される。一方、温度差ΔＴが下限閾値Ｔmin以上の場合（ＮＯ）、本制御はステップ１００に戻される。その後、ステップ１００～１６０までの各制御ステップは、イグニッションキーのＯＦＦ操作まで繰り返し実行される。
　次に、本実施形態に係る排気系の状態検出装置による作用効果を説明する。
　従来は、排気通路に設けた排気温度センサを用いて、エンジンから排出される排気の温度を直接的に測定していた。この排気温度センサには、実際の排気温度に対して応答遅れが生じるため、エンジンの各種制御に遅れを引き起こす課題があった。
　これに対し、本実施形態の排気系の状態検出装置は、上述の数式（９）で示されるモデル式からエンジン１０の図示熱効率変化量Δηiをリアルタイムで演算すると共に、この図示熱効率変化量Δηi及び、上述の数式（７）で示されるモデル式からエンジン出口排気温度Ｔ3をリアルタイムで演算する。すなわち、応答遅れの生じる排気温度センサを用いることなく、予め規定したモデル式を用いることで、エンジン出口排気温度Ｔ3を迅速且つ高精度に演算するように構成されている。
　したがって、本実施形態の排気系の状態検出装置によれば、モデル式を用いた簡素な構成で、エンジン出口排気温度Ｔ3を効果的に検出（演算）することが可能になる。
　また、従来は、ＥＧＲクーラの診断を行うために、ＥＧＲクーラの上流側及び下流側に排気温度センサをそれぞれ設けていた。そのため、診断に排気温度センサの応答遅れの影響を与えると共に、センサ数の増加により装置全体のコスト上昇を招く課題があった。
　これに対し、本実施形態の排気系の状態検出装置は、上述の数式（７）で示されるモデル式からリアルタイムで演算されるエンジン出口排気温度Ｔ3と、ＥＧＲクーラ出口温度センサ３６から入力されるＥＧＲクーラ出口温度Ｔ4との温度差ΔＴに基づいて、ＥＧＲクーラ２２の故障を判定するように構成されている。
　したがって、本実施形態の排気系の状態検出装置によれば、センサの応答遅れの影響を受けることなく、ＥＧＲクーラ２２の診断を迅速且つ正確に行うことが可能になる。また、上流側の排気温度センサを省略することが可能となり、センサ数の増加によるコスト上昇を効果的に抑制することもできる。
　なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
　例えば、上述の実施形態では、排気温度演算部４３で演算されるエンジン出口排気温度Ｔ3をＥＧＲクーラ２２の診断に用いるものとして説明したが、ＥＧＲガス量の制御や図示しない排気後処理装置の制御に用いるように構成してもよい。また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の他のエンジンにも広く適用することが可能である。これら何れの場合も、上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
　１０　エンジン
　２０　ＥＧＲ装置
　２２　ＥＧＲクーラ（環流排気冷却手段）
　３０　エンジン回転センサ（運転状態検出手段）
　３１　アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
　３４　吸気酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）
　３５　ブースト圧センサ
　３６　ＥＧＲクーラ出口温度センサ（排気温度検出手段）
　４０　ＥＣＵ
　４２　図示熱効率演算部（図示熱効率変化量演算手段）
　４３　排気温度演算部（排気温度演算手段）
　４４　ＥＧＲクーラ診断部（診断手段）

Claims (4)

  1. 　エンジンの吸気酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
    　前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    　検出される前記吸気酸素濃度、検出される前記運転状態に応じて設定される燃料の噴射開始時期及び、予め記憶した少なくとも吸気酸素濃度と噴射開始時期と図示熱効率変化量との関係を規定する第１モデル式に基づいて、前記エンジンの図示熱効率変化量を演算する図示熱効率変化量演算手段と、
    　演算される前記図示熱効率変化量及び、予め記憶した少なくとも排気温度と図示熱効率変化量との関係を規定した第２モデル式に基づいて、前記エンジンの排気温度を演算する排気温度演算手段と、を備える排気系の状態検出装置。
  2. 　前記エンジンの吸気系と排気系とを接続する環流排気流路に設けられて環流排気を冷却する環流排気冷却手段と、
    　前記環流排気冷却手段よりも排気下流側の環流排気流路に設けられた排気温度検出手段と、
    　前記排気温度演算手段で演算される排気温度と、前記排気温度検出手段で検出される排気温度とに基づいて、前記環流排気冷却手段の冷却効率を診断する診断手段と、をさらに備える
    　請求項１に記載の排気系の状態検出装置。
  3. 　前記第１モデル式は、前記運転状態に応じて設定される基準吸気酸素濃度と、前記運転状態に応じて設定される吸気酸素濃度補正係数と、前記運転状態に応じて設定される基準噴射開始時期と、前記運転状態に応じて設定される噴射開始時期補正係数と、を含む
    　請求項１又は２に記載の排気系の状態検出装置。
  4. 　前記第２モデル式は、前記運転状態に応じて設定される基準排気エネルギと、前記運転状態に応じて設定される基準吸気エネルギと、少なくとも吸入空気量及び吸気温度から演算される吸気エネルギと、前記運転状態に応じて設定される燃料噴射量から演算される燃焼エネルギとを含む
    　請求項１から３の何れか一項に記載の排気系の状態検出装置。
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