传感器输出值推断装置的制造方法
传感器输出值推断装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种传感器输出值推断装置，特别涉及反映了传感器的响应延迟的传 感器输出值的推断。
【背景技术】
[0002] 温度传感器例如被用于对发动机的排气进行净化的后处理装置、使排气的一部分 向吸气系统回流的排气回流装置(Exhaust Gas Recirculation:以下，称为EGR装置)等的 各种控制。当温度传感器产生由故障等引起的异常时，有可能不能够适当地进行这些各种 控制。
[0003] 着眼于这样的课题，已知有如下技术:将基于发动机的运转状态而推断的推断气 体温度、与温度传感器的传感器值进行比较，而对温度传感器的异常进行检测（例如，参照 专利文献1)。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特开2008-76311号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的课题
[0008] 然而，温度传感器的输出相对于实际的温度变化产生响应延迟。因此，在将作为实 际的发动机内气体温度而推断的推断温度、与由温度传感器检测的传感器输出值简单地进 行比较的合理性诊断中，由于响应延迟的影响而传感器值与推断值产生差异，因此有可能 不能够进行正确的诊断。即，为了实现诊断精度的提高，反映了响应延迟的影响的传感器输 出值的推断变得较重要。
[0009] 本发明的目的在于，有效地推断反映了温度传感器的响应延迟的传感器输出值。 [0010]用于解决课题的手段
[0011] 本发明的传感器输出值推断装置具备:推断气体温度计算单元，至少基于发动机 的运转状态以及发动机内气体的状态量，来计算上述发动机的推断气体温度；以及推断传 感器输出值计算单元，基于所计算出的上述推断气体温度、以及预先存储的对温度传感器 的温度变化时间常数、气体流量以及气体温度的关系进行规定的第一模型式，对反映了上 述温度传感器的响应延迟的推断传感器输出值进行计算。
[0012] 发明的效果
[0013] 根据本发明的传感器输出值推断装置，能够有效地推断反映了温度传感器的响应 延迟的传感器输出值。
【附图说明】
[0014] 图1是表示本发明的一个实施方式的传感器输出值推断装置的示意性整体构成 图。
[0015] 图2是表示本发明的一个实施方式的传感器输出值推断装置的控制内容的流程 图。
[0016] 图3是对由本发明的一个实施方式的传感器输出值推断装置计算出的发动机出口 推断排气温度、推断传感器输出值、以及由排气温度传感器检测的实际传感器输入值进行 比较的图表。
【具体实施方式】
[0017] 以下，基于图1~3对本发明的一个实施方式的传感器输出值推断装置进行说明。 对于相同的部件赋予相同的符号，这些部件的名称以及功能也相同。由此，不重复进行这些 部分的详细说明。
[0018] 如图1所示那样，在柴油发动机（以下，简称为发动机）10上设置有吸气歧管IOA以 及排气歧管10B。在吸气歧管IOA上连接有导入新气的吸气通路(吸气管）11，在排气歧管IOB 上连接有将排气向大气排放的排气通路(排气管）12。
[0019] 在排气通路12上，从排气上游侧起依次设置有排气温度传感器31、增压器14的涡 轮14B、以及未图示的排气后处理装置。在吸气通路11上，从吸气上游侧起依次设置有MAF传 感器32、增压器14的压缩机14A、中间冷却器15、吸气温度传感器33、吸气氧浓度传感器34、 以及增压压力传感器35。由这些各种传感器31~35检测的传感器值向电连接的电子控制单 元(以下，称为E⑶)40输出。
[0020] EGR装置20具备:EGR通路21，使排气的一部分向吸气系统回流;EGR冷却器22,对 EGR气体进行冷却；以及EGR阀23，对EGR气体流量进行调整。此外，在比EGR冷却器22靠上游 侦叭入口）的EGR通路21上，设置有对从排气通路12获取的排气的温度进行检测的冷却器入 口温度传感器37。并且，在比EGR冷却器22靠下游侧（出口）的EGR通路21上，设置有对由EGR 冷却器22冷却的EGR气体的温度进行检测的冷却器出口温度传感器36。由这些传感器36、37 检测的传感器值向电连接的ECU40输出。
[0021 ]发动机旋转传感器29对未图不的曲轴的转速进行检测。油门开度传感器30对与未 图示的油门踏板的踏入量相对应的油门开度进行检测。由这些传感器29、30检测的传感器 值向电连接的E⑶40输出。
[0022] E⑶40进行发动机10的燃料喷射等各种控制，具备公知的0?1]、1?01、1^1、输入接口、 输出接口等而构成。此外，ECU40具有燃料喷射控制部41、指示热效率计算部42、推断排气温 度计算部43、推断传感器输出值计算部44以及排气温度传感器诊断部45作为一部分的功能 要素。这些各功能要素作为包含于一体的硬件即ECU40的要素来进行说明，但也能够将这些 要素的某一部分设置为独立的硬件。
[0023]燃料喷射控制部41基于从发动机旋转传感器29输入的转速N以及从油门开度传感 器30输入的油门开度Q，对发动机10的未图示的燃料喷射装置的燃料喷射定时、燃料喷射量 进行控制。
[0024]指示热效率计算部42构成本发明的推断气体温度计算单元的一部分，基于由各种 传感器29~37检测的传感器值以及后述的模型式等，对发动机10的指示热效率变化量Aqi 进行计算。以下，对其计算顺序进行详述。
[0025] 发动机10的缸内的能量守恒由以下的数式（I)表示，该数式（I)表示排气能量He3x、 吸气能量H in、燃料的燃烧能量QfU(3i、冷却损失能量Uhiciss以及发动机10的指示功率W id的关 系。
[0026] [数1]
[0027] Hex = Hin+Qf Uel-Uhloss-Wid
[0028] 此外，发动机10的指示热效率ru由对指示功率Wid与燃烧能量QfueI之比的以下的数 式(2)来表示。
[0029] [数 2]
[0030] rusffid/Qfuei
[0031 ]当向数式⑴代入数式⑵的指示功率Wid时，排气能量He3x由以下的数式(3)表示。
[0032] [数3]
[0033] Hex = ( l_ni)Qfuel_Uhloss+Hin
[0034] 并且，当基于数式(3)对从基准排气能量Hex,ref的变化量Δ Hex进行计算时，由以下 的数式(4)表示。
[0035] [数4]
[0036] AHex = Hex-Hex, ref
[0037] - [(1-rj.i)Qfuel-Uhloss-I-Hin] - [ ( I-Hi,ref )Qfuel,ref-Uhloss,ref^Hin,ref ]
[0038] 在数式(4)中，当假设燃料喷射量恒定、冷却损失能量Uhiciss的变化较微小时，排气 能量的变化量△ He3x通过以下的数式(5)来近似。
[0039] [数 5]
[0040] Δ Hex * Hin-Hin ,ref-· Qfuel
[0041] 并且，从发动机10排出的推断排气温度（以下，称为发动机出口推断排气温度)Τ3， 根据数式(4 )的Δ Hex = Hex - Hex, ref而由以下的数式(6 )表示。
[0044] 其中
[0045] Hex = Cp,exT3mex
[0046] 当向数式(6)代入数式(5)时，发动机出口推断排气温度T3由以下的数式(7)(第三 模型式)表示，在该数式(7)中，吸气的定压比热:C P, in，排气流量:mex，基准排气能量:Hex,ref， 基准吸气能量:H in, rrf，排气能量:Hin，燃烧能量:Qfue3I。
[0049]在此，作为指示热效率ru的变化重要因素，对燃料的喷射开始定时Φ以及吸气氧 浓度Xo2进行考虑。当假设指示热效率变化量A ru相对于吸气氧浓度Xo2的变化为线形时，指 示热效率变化量A ru通过泰勒展开而通过以下的数式(8)来近似，在该数式(8)中，吸气氧 浓度:Xo2，喷射开始定时：Φ，吸入氧浓度修正系数:h,Cl 2，基准吸入氧浓度:XQ2,，喷射开始 定时修正系数:kn(n=l,2),s〇i，基准喷射开始定时：i>ref。
[ 0052]在数式(8)中，将假设喷射开始定时Φ与吸入氧浓度Xo2之间的相互作用项的影响 较微小时，指示热效率变化量A IU由以下的数式(9)(第二模型式)表示。
[0055]指示热效率计算部42基于该数式(9)，实时地计算指示热效率变化量△ ru。更详细 地说，在ECU40中存储有预先通过实验等而制作的对发动机转速N、油门开度Q以及吸入氧浓 度修正系数Ium的关系进行规定的修正值映射(未图示）、以及对发动机转速N、油门开度Q 以及基准吸入氧浓度Xq2,ref的关系进行规定的基准值映射(未图示）。并且，在ECU40中存储 有预先通过实验等而制作的对发动机转速N、油门开度Q以及喷射开始定时修正系数 1^"= 1,2),5。1的关系进行规定的修正值映射(未图示）、以及对发动机转速1油门开度〇以及基 准喷射开始定时Φμ的关系进行规定的基准值映射(未图示）。
[0056]指示热效率计算部42从这些映射读取与发动机10的运转状态相对应的值并向数 式(9)代入，并且将从吸气氧浓度传感器34输入的吸气氧浓度Xo2以及由燃料喷射控制部41 决定的喷射开始定时Φ分别向数式(9)代入。由此，构成为，根据发动机10的运转状态来实 时地计算反映了从基准吸入氧浓度Xci2,ref的变化量、以及从基准喷射开始定时Φτβ?的变化 量的指示热效率变化量Δ TU。
[0057]推断气体温度计算部43构成本发明的推断气体温度计算单元的一部分，基于上述 数式(7)实时地计算发动机出口推断排气温度T3。更详细地说，在ECU40中存储有预先通过 实验等而制作的表示发动机转速Ν、油门开度Q以及基准吸气能量H in,的关系的基准值映 射(未图示）、以及表示发动机转速N、油门开度Q以及基准排气能量Hex, ref的关系的基准值映 射(未图示）。
[0058]推断气体温度计算部43从这些映射读取与发动机10的运转状态相对应的值，并且 根据表示吸气的定压比热CP,ιη、吸气温度T2以及吸气流量m in的关系的以下的数式（10)来计 算吸气能量Hin。
[0059] [数 10]
[0060] Hin = Cp1In · ?2 1 ΠΗη
[0061 ]并且，推断气体温度计算部43根据表示燃料的低位发热量hi以及燃料喷射量mfuei 的关系的以下的数式(11)来计算燃料的燃烧能量Q&i。
[0062] [数11]
[0063] Qfuei = hi · mfuei
[0064] 然后，推断气体温度计算部43将从映射读取的值、根据数式（10)、（11)计算出的 值、以及排气的定压比热Cp,ex、排气流量mex向数式(7)代入，由此计算发动机出口推断排气 温度T3。由此，构成为，实时地计算根据发动机10的运转状态而变化的发动机出口推断排气 温度Τ3。
[0065] 推断传感器输出值计算部44是本发明的推断传感器输出值计算单元的一个例子， 使用反映了排气温度传感器31的响应延迟的影响的二次的LPF(Low Pass Filter:低通滤 波器），进行使由推断气体温度计算部43计算出的发动机出口推断排气温度T3接近排气温 度传感器31的传感器输出值的计算。以下，对其计算的详细顺序进行说明。
[0066] 排气温度传感器31的时间常数依存于排气流量等，因此不是恒定的。因此，需要根 据物理式导出时间常数与物理量的依存关系。当假设从排气向排气温度传感器31的外壁面 或者排气通路(排气管）12的内壁面传递的热能、全部被用于这些壁面的温度上升时，热传 递式由以下的数式（12)表示，在该数式（12)中，固体的密度:pw，固体的比热：c P，固体的体 积:Vw，壁面温度:Ts，热传递率:h，导热面积:S，流体温度:Tf。
[0069]当对数式(12)进行拉普拉斯变换而进行变形时，由以下的数式(13)表示。
[0074]根据数式（13)可知，温度变化的时间常数与排气和壁面之间的热传递率h呈反比 例。
[0075]在本实施方式中，首先对排气温度传感器31的热传递率与物理量之间的关系进行 考虑。例如，当将排气流与传感器之间的热传递现象假设为与在均匀流中放置的圆柱的热 传递现象相似时，根据公知的热传递率的实验式，均匀流中放置的圆柱状传感器的平均热 传递率由以下的数式（14)表示，在该数式（14)中，努塞尔数:Nu，雷诺数:Re，普朗特数:Pr， 常量:C。
[0078] 当将数式（14)的无维数改写为物理量并且对于热传递率h进行求解时，由以下的 数式（15)表示，在该数式（15)中，代表长度：1，流体比热c pf，流体的热传导率:λ，流体的粘 度:μ，流体的密度:P，流体的动粘度:V。
[0079] [数 15]
[0081 ] 其中
[0082] ν = μ/ρ
[0083] 由于排气的热传导率λ、粘度μ依存于温度而变化，因此假设使这些热传导率λ、粘 度μ由以下的数式(16)所示的近似式来表示。
[0084] [数 16]
[0085] X=QTfp
[0086] 在数式（16)中，根据取得双方的对数的以下的数式（17)，并通过一次函数的近似， 能够求出α以及β。
[0087] [数 17]
[0088] Iog(X) = log(a)+0 · Iog(Tf)
[0089] 当使用记载于公知的物理年表等的、热传导率λ例如为〇~l〇〇°C、粘度μ例如为一 50~350°C的值，来对数式（17)进行同定时，近似式由以下的数式（18)、（ 19)表示。
[0090] [数 18]
[0091] λ=1·75Χ10-4 · Tf0·878
[0092] [数 19]
[0093] μ = 2·82Χ10-7 · Tf0.731
[0094] 当将数式(18)、（19)向上述数式(15)代入时，由以下的数式(20)表示。
[0097]并且，当将传感器的有效截面积设为AJ寸，排气的质量流量mf由以下的数式(21)表 不。
[0100]当从数式(20 )、（ 21)中消除流体密度P和流体流速u，并提取流体温度Tf和质量流 量mf时，由以下的数式(22)表示。
[0103]当将数式(22)向数式（13)代入时，能够得到传感器的温度变化时间常数T1与流体 温度Tf和质量流量mf呈正比例的以下的数式(23)。另外，在数式(23)中，Tfo为流体温度的基 准值，m fQ为质量流量的基准值。
[0106] 其中
[0108]接下来，在本实施方式中，对排气通路(排气管）12的热传递率与物理量之间的关 系进行考虑。当假设排气通路12为圆滑的圆筒管时，根据公知的经验式，圆管内部的平均热 传递率由以下的数式(24)表示。
[0111]当实施与上述数式（14)~(23)同样的变形时，排气管的温度变化时间常数12与物 理量(流体温度Tf，质量流量mf)的比例关系由以下的数式(25)表示。
[0116] 并且，在本实施方式中，还对排气温度传感器31的推断传感器输出值Test与排气通 路12的壁面温度之间的关系进行考虑。推断传感器输出值T est为，当假设成为传感器壁面温 度Tsl与排气管温度Ts2的中间值时，能够由将权重系数设为α的以下的数式(26)表示。
[0117] [数 26]
[0118] Test=(l-a) · Tsi+a · Ts2
[0119] 其中
[0120] 〇<α<1
[0121] 当假设传感器壁面温度Tsl以及排气管温度Ts2分别具有个别的时间常数，并根据 上述数式(23)或者数式(25)进行变化时，对推断传感器输出值T est的变化进行表示的传递 函数，作为二次的LPF而由以下的数式(27)(第一模型式)表示。
[0126]推断传感器输出值计算部44通过向数式（27)的流体温度Tf代入由推断气体温度 计算部43计算出的发动机出口推断排气温度T3，来计算排气温度传感器31的推断传感器输 出值Te3stt3由此，构成为，根据与发动机10的运转状态相对应地变化的发动机出口推断排气 温度T 3,实时地计算反映了传感器的响应延迟的推断传感器输出值Test。另外，质量流量(排 气的质量流量)m f也可以通过未图示的排气流量传感器来直接检测，或者也可以基于根据 发动机转速N以及油门开度Q而掌握的发动机10的运转状态来推断。
[0127] 排 气温度传感器诊断部45是本发明的诊断单元的一个例子，基于从排气温度传感 器31输入的实际传感器输入值Tact以及由推断传感器输出值计算部44计算出的推断传感器 输出值T est，进行排气温度传感器31的合理性诊断。
[0128] 更详细地说，在ECU40中存储有预先通过实验等而求出的表示排气温度传感器31 的故障的温度差上限阈值To。此处所称的故障，例如不仅包括由于传感器的短路、断路等而 变得不能够输出传感器值的状态，还包括不能够检测正确的值的状态。排气温度传感器诊 断部45为，在实际传感器输入值T act与推断传感器输出值Test的温度差△ T大于温度差上限 阈值To的情况下，判断为排气温度传感器31产生故障。
[0129] 另外，故障判断不一定必须基于温度差△ T来进行，也可以基于实际传感器输入值 Tact与推断传感器输出值Test之比Tac^Test来进行。此外，诊断对象为，只要是与排气温度传 感器31大致同等的对温度进行检测的传感器，则例如也可以是设置在EGR冷却器22的入口 的冷却器入口温度传感器37。
[0130] 接下来，根据图2对本实施方式的传感器输出值推断装置的控制流程进行说明。
[0131] 首先，在点火开关的开启操作的同时，在步骤100中，各种传感器29~37的传感器 值被向E⑶40输入。
[0132] 在步骤110中，根据发动机10的运转状态，从修正值映射读取吸入氧浓度修正系数 k1; 〇2以及喷射开始定时修正系数kn(n=1,2), Stli，并从基准值映射读取基准吸入氧浓度Xo2, ref以 及基准喷射开始定时Φ ref。
[0133] 在步骤120中，基于在步骤110中从各种映射读取的值、从吸气氧浓度传感器34输 入的吸气氧浓度Xq2、以及由燃料喷射控制部41决定的喷射开始定时Φ，根据数式(9)的模型 式来计算指示热效率变化量A ru。
[0134] 在步骤130中，根据发动机10的运转状态，从基准值映射读取基准吸入能量Himref、 基准排气能量H e3x, ，并且根据数式(10 )、（ 11)来计算排气能量Hin、燃烧能量Qfue3I。
[0135] 在步骤140中，基于在步骤120中计算出的指示热效率变化量Aru、在步骤130中从 映射读取的值以及根据数式（1〇)、（11)计算出的值，根据数式(7)的模型式来计算发动机出 口推断排气温度T 3。
[0136] 在步骤150中，将在步骤100中根据所输入的发动机转速N以及油门开度Q来推断 (或者，由传感器直接检测）的质量流量mf、以及在步骤140中计算出的发动机出口推断排气 温度T 3向数式(27)代入，由此计算出排气温度传感器31的推断传感器输出值Test。
[0137] 在步骤160中，基于在步骤150中计算出的推断传感器输出值Te3st与在步骤100中从 排气温度传感器31输入的实际传感器输入值T act的温度差A T，执行排气温度传感器31的诊 断。在温度差A T大于阈值To的情况(是）下，在步骤170中判断为排气温度传感器31产生故 障。另一方面，在温度差A T为阈值To以下的情况(否)下，主控制返回步骤100。然后，反复执 行步骤100~170的各控制步骤，直到点火开关的关闭操作为止。
[0138] 接下来，对本实施方式的传感器输出值推断装置的作用效果进行说明。
[0139] 以往，在进行排气温度传感器的合理性诊断时，对根据发动机的运转状态而推断 的推断排气温度与排气温度传感器的实际传感器输出值进行比较。由于排气温度传感器的 传感器输出值产生响应延迟，因此在对这些传感器值与推断值简单地进行比较的方法中， 有可能不能够进行正确的诊断。
[0140] 与此相对，本实施方式的传感器输出值推断装置，使用反映了传感器的响应延迟 的数式(27)，实时地计算排气温度传感器31的推断传感器输出值T est。该数式(27)为，为了 高精度地反映响应延迟，而构成为包含排气温度传感器31的温度变化时间常数^与物理量 (排气流量m f，排气温度Tf)之间的关系、以及排气通路(排气管）12的温度变化时间常数12与 物理量(排气流量nif，排气温度T f)之间的关系的二次的LPF。通过成为这样的二次的LPF，如 图3所示那样，在发动机10的包括过渡运转在内的全部运转区域中，能够高精度地计算反映 了传感器的响应延迟的排气温度传感器31的推断传感器输出值Test。
[0141] 由此，根据本实施方式的传感器输出值推断装置，能够有效地计算反映了响应延 迟的影响的推断传感器输出值Test，并且与排气温度传感器31的实际传感器值T act的比较变 得容易，能够高精度地进行合理性诊断。
[0142] 此外，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当 地变形而实施。
[0143] 例如，在上述各实施方式中，说明了基于上述数式(7)以及数式(9)来计算发动机 出口推断排气温度T3,但也可以根据包含发动机10的运转状态、排气的状态量等在内的其 他模型式来计算。此外，说明了将推断传感器输出值T est用于排气温度传感器31的诊断，但 也能够应用于EGR冷却器22的诊断。在该情况下，将推断传感器输出值T est与冷却器出口温 度传感器36的传感器值进行比较即可。此外，发动机10不限定于柴油机发动机，也能够广泛 应用于汽油发动机等其他发动机。
[0144] 符号的说明
[0145] 10发动机
[0146] 12排气通路(排气管）
[0147] 31排气温度传感器
[0148] 36冷却器出口温度传感器
[0149] 37冷却器入口温度传感器
[0150] 40 ECU
[0151] 42指示热效率计算部(推断气体温度计算单元）
[0152] 43推断气体温度计算部(推断气体温度计算单元）
[0153] 44推断传感器输出值计算部(推断传感器输出值计算单元）
[0154] 45排气温度传感器诊断部(诊断单元）
【主权项】
1. 一种传感器输出值推断装置，具备： 推断气体温度计算单元，至少基于发动机的运转状态以及发动机内气体的状态量，来 计算上述发动机的推断气体温度；以及 推断传感器输出值计算单元，基于所计算出的上述推断气体温度、以及预先存储的对 温度传感器的温度变化时间常数、气体流量、气体温度的关系进行规定的第一模型式，对反 映了上述温度传感器的响应延迟的推断传感器输出值进行计算。2. 如权利要求1记载的传感器输出值推断装置，其中， 上述第一模型式还包括设置有上述温度传感器的配管的温度变化时间常数、气体流量 以及气体温度的关系。3. 如权利要求1或2记载的传感器输出值推断装置，其中， 还具备诊断单元，该诊断单元基于由上述推断传感器输出值计算单元计算出的推断传 感器输出值、以及由上述温度传感器检测的实际传感器输出值，对上述温度传感器进行诊 断。4. 如权利要求1至3任一项记载的传感器输出值推断装置，其中， 上述推断气体温度计算单元为， 基于对上述发动机的吸气氧浓度、以及根据运转状态而设定的燃料喷射定时、指示热 效率变化量的关系进行规定的第二模型式，对上述发动机的指示热效率变化量进行计算， 并且基于对计算出的指示热效率变化量与排气温度的关系进行规定的第三模型式，对上述 发动机的推断排气温度进行计算。
【专利摘要】本发明涉及一种传感器输出值推断装置，有效地推断反映了温度传感器的响应延迟的传感器输出值。具备：推断气体温度计算部(43)，至少基于发动机(10)的运转状态以及发动机内气体的状态量，对发动机(10)的推断气体温度进行计算；以及推断传感器输出值计算部(44)，基于对计算出的推断气体温度以及预先存储的温度传感器(31)的温度变化时间常数、气体流量以及气体温度的关系进行规定的第一模型式，对反映了温度传感器(31)的响应延迟的推断传感器输出值进行计算。
【IPC分类】F02M26/47, F02D45/00, G01K7/00
【公开号】CN105492746
【申请号】CN201480041934
【发明人】塙哲史, 伊海佳昭
【申请人】五十铃自动车株式会社, 株式会社特朗斯特隆
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月31日
【公告号】EP3029303A1, US20160160777, WO2015016304A1
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种传感器输出值推断装置，特别涉及反映了传感器的响应延迟的传 感器输出值的推断。
【背景技术】
[0002] 温度传感器例如被用于对发动机的排气进行净化的后处理装置、使排气的一部分 向吸气系统回流的排气回流装置(Exhaust Gas Recirculation:以下，称为EGR装置)等的 各种控制。当温度传感器产生由故障等引起的异常时，有可能不能够适当地进行这些各种 控制。
[0003] 着眼于这样的课题，已知有如下技术:将基于发动机的运转状态而推断的推断气 体温度、与温度传感器的传感器值进行比较，而对温度传感器的异常进行检测（例如，参照 专利文献1)。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特开2008-76311号公报
【发明内容】
[0007] 发明要解决的课题
[0008] 然而，温度传感器的输出相对于实际的温度变化产生响应延迟。因此，在将作为实 际的发动机内气体温度而推断的推断温度、与由温度传感器检测的传感器输出值简单地进 行比较的合理性诊断中，由于响应延迟的影响而传感器值与推断值产生差异，因此有可能 不能够进行正确的诊断。即，为了实现诊断精度的提高，反映了响应延迟的影响的传感器输 出值的推断变得较重要。
[0009] 本发明的目的在于，有效地推断反映了温度传感器的响应延迟的传感器输出值。 [0010]用于解决课题的手段
[0011] 本发明的传感器输出值推断装置具备:推断气体温度计算单元，至少基于发动机 的运转状态以及发动机内气体的状态量，来计算上述发动机的推断气体温度；以及推断传 感器输出值计算单元，基于所计算出的上述推断气体温度、以及预先存储的对温度传感器 的温度变化时间常数、气体流量以及气体温度的关系进行规定的第一模型式，对反映了上 述温度传感器的响应延迟的推断传感器输出值进行计算。
[0012] 发明的效果
[0013] 根据本发明的传感器输出值推断装置，能够有效地推断反映了温度传感器的响应 延迟的传感器输出值。
【附图说明】
[0014] 图1是表示本发明的一个实施方式的传感器输出值推断装置的示意性整体构成 图。
[0015] 图2是表示本发明的一个实施方式的传感器输出值推断装置的控制内容的流程 图。
[0016] 图3是对由本发明的一个实施方式的传感器输出值推断装置计算出的发动机出口 推断排气温度、推断传感器输出值、以及由排气温度传感器检测的实际传感器输入值进行 比较的图表。
【具体实施方式】
[0017] 以下，基于图1~3对本发明的一个实施方式的传感器输出值推断装置进行说明。 对于相同的部件赋予相同的符号，这些部件的名称以及功能也相同。由此，不重复进行这些 部分的详细说明。
[0018] 如图1所示那样，在柴油发动机（以下，简称为发动机）10上设置有吸气歧管IOA以 及排气歧管10B。在吸气歧管IOA上连接有导入新气的吸气通路(吸气管）11，在排气歧管IOB 上连接有将排气向大气排放的排气通路(排气管）12。
[0019] 在排气通路12上，从排气上游侧起依次设置有排气温度传感器31、增压器14的涡 轮14B、以及未图示的排气后处理装置。在吸气通路11上，从吸气上游侧起依次设置有MAF传 感器32、增压器14的压缩机14A、中间冷却器15、吸气温度传感器33、吸气氧浓度传感器34、 以及增压压力传感器35。由这些各种传感器31~35检测的传感器值向电连接的电子控制单 元(以下，称为E⑶)40输出。
[0020] EGR装置20具备:EGR通路21，使排气的一部分向吸气系统回流;EGR冷却器22,对 EGR气体进行冷却；以及EGR阀23，对EGR气体流量进行调整。此外，在比EGR冷却器22靠上游 侦叭入口）的EGR通路21上，设置有对从排气通路12获取的排气的温度进行检测的冷却器入 口温度传感器37。并且，在比EGR冷却器22靠下游侧（出口）的EGR通路21上，设置有对由EGR 冷却器22冷却的EGR气体的温度进行检测的冷却器出口温度传感器36。由这些传感器36、37 检测的传感器值向电连接的ECU40输出。
[0021 ]发动机旋转传感器29对未图不的曲轴的转速进行检测。油门开度传感器30对与未 图示的油门踏板的踏入量相对应的油门开度进行检测。由这些传感器29、30检测的传感器 值向电连接的E⑶40输出。
[0022] E⑶40进行发动机10的燃料喷射等各种控制，具备公知的0?1]、1?01、1^1、输入接口、 输出接口等而构成。此外，ECU40具有燃料喷射控制部41、指示热效率计算部42、推断排气温 度计算部43、推断传感器输出值计算部44以及排气温度传感器诊断部45作为一部分的功能 要素。这些各功能要素作为包含于一体的硬件即ECU40的要素来进行说明，但也能够将这些 要素的某一部分设置为独立的硬件。
[0023]燃料喷射控制部41基于从发动机旋转传感器29输入的转速N以及从油门开度传感 器30输入的油门开度Q，对发动机10的未图示的燃料喷射装置的燃料喷射定时、燃料喷射量 进行控制。
[0024]指示热效率计算部42构成本发明的推断气体温度计算单元的一部分，基于由各种 传感器29~37检测的传感器值以及后述的模型式等，对发动机10的指示热效率变化量Aqi 进行计算。以下，对其计算顺序进行详述。
[0025] 发动机10的缸内的能量守恒由以下的数式（I)表示，该数式（I)表示排气能量He3x、 吸气能量H in、燃料的燃烧能量QfU(3i、冷却损失能量Uhiciss以及发动机10的指示功率W id的关 系。
[0026] [数1]
[0027] Hex = Hin+Qf Uel-Uhloss-Wid
[0028] 此外，发动机10的指示热效率ru由对指示功率Wid与燃烧能量QfueI之比的以下的数 式(2)来表示。
[0029] [数 2]
[0030] rusffid/Qfuei
[0031 ]当向数式⑴代入数式⑵的指示功率Wid时，排气能量He3x由以下的数式(3)表示。
[0032] [数3]
[0033] Hex = ( l_ni)Qfuel_Uhloss+Hin
[0034] 并且，当基于数式(3)对从基准排气能量Hex,ref的变化量Δ Hex进行计算时，由以下 的数式(4)表示。
[0035] [数4]
[0036] AHex = Hex-Hex, ref
[0037] - [(1-rj.i)Qfuel-Uhloss-I-Hin] - [ ( I-Hi,ref )Qfuel,ref-Uhloss,ref^Hin,ref ]
[0038] 在数式(4)中，当假设燃料喷射量恒定、冷却损失能量Uhiciss的变化较微小时，排气 能量的变化量△ He3x通过以下的数式(5)来近似。
[0039] [数 5]
[0040] Δ Hex * Hin-Hin ,ref-· Qfuel
[0041] 并且，从发动机10排出的推断排气温度（以下，称为发动机出口推断排气温度)Τ3， 根据数式(4 )的Δ Hex = Hex - Hex, ref而由以下的数式(6 )表示。
[0044] 其中
[0045] Hex = Cp,exT3mex
[0046] 当向数式(6)代入数式(5)时，发动机出口推断排气温度T3由以下的数式(7)(第三 模型式)表示，在该数式(7)中，吸气的定压比热:C P, in，排气流量:mex，基准排气能量:Hex,ref， 基准吸气能量:H in, rrf，排气能量:Hin，燃烧能量:Qfue3I。
[0049]在此，作为指示热效率ru的变化重要因素，对燃料的喷射开始定时Φ以及吸气氧 浓度Xo2进行考虑。当假设指示热效率变化量A ru相对于吸气氧浓度Xo2的变化为线形时，指 示热效率变化量A ru通过泰勒展开而通过以下的数式(8)来近似，在该数式(8)中，吸气氧 浓度:Xo2，喷射开始定时：Φ，吸入氧浓度修正系数:h,Cl 2，基准吸入氧浓度:XQ2,，喷射开始 定时修正系数:kn(n=l,2),s〇i，基准喷射开始定时：i>ref。
[ 0052]在数式(8)中，将假设喷射开始定时Φ与吸入氧浓度Xo2之间的相互作用项的影响 较微小时，指示热效率变化量A IU由以下的数式(9)(第二模型式)表示。
[0055]指示热效率计算部42基于该数式(9)，实时地计算指示热效率变化量△ ru。更详细 地说，在ECU40中存储有预先通过实验等而制作的对发动机转速N、油门开度Q以及吸入氧浓 度修正系数Ium的关系进行规定的修正值映射(未图示）、以及对发动机转速N、油门开度Q 以及基准吸入氧浓度Xq2,ref的关系进行规定的基准值映射(未图示）。并且，在ECU40中存储 有预先通过实验等而制作的对发动机转速N、油门开度Q以及喷射开始定时修正系数 1^"= 1,2),5。1的关系进行规定的修正值映射(未图示）、以及对发动机转速1油门开度〇以及基 准喷射开始定时Φμ的关系进行规定的基准值映射(未图示）。
[0056]指示热效率计算部42从这些映射读取与发动机10的运转状态相对应的值并向数 式(9)代入，并且将从吸气氧浓度传感器34输入的吸气氧浓度Xo2以及由燃料喷射控制部41 决定的喷射开始定时Φ分别向数式(9)代入。由此，构成为，根据发动机10的运转状态来实 时地计算反映了从基准吸入氧浓度Xci2,ref的变化量、以及从基准喷射开始定时Φτβ?的变化 量的指示热效率变化量Δ TU。
[0057]推断气体温度计算部43构成本发明的推断气体温度计算单元的一部分，基于上述 数式(7)实时地计算发动机出口推断排气温度T3。更详细地说，在ECU40中存储有预先通过 实验等而制作的表示发动机转速Ν、油门开度Q以及基准吸气能量H in,的关系的基准值映 射(未图示）、以及表示发动机转速N、油门开度Q以及基准排气能量Hex, ref的关系的基准值映 射(未图示）。
[0058]推断气体温度计算部43从这些映射读取与发动机10的运转状态相对应的值，并且 根据表示吸气的定压比热CP,ιη、吸气温度T2以及吸气流量m in的关系的以下的数式（10)来计 算吸气能量Hin。
[0059] [数 10]
[0060] Hin = Cp1In · ?2 1 ΠΗη
[0061 ]并且，推断气体温度计算部43根据表示燃料的低位发热量hi以及燃料喷射量mfuei 的关系的以下的数式(11)来计算燃料的燃烧能量Q&i。
[0062] [数11]
[0063] Qfuei = hi · mfuei
[0064] 然后，推断气体温度计算部43将从映射读取的值、根据数式（10)、（11)计算出的 值、以及排气的定压比热Cp,ex、排气流量mex向数式(7)代入，由此计算发动机出口推断排气 温度T3。由此，构成为，实时地计算根据发动机10的运转状态而变化的发动机出口推断排气 温度Τ3。
[0065] 推断传感器输出值计算部44是本发明的推断传感器输出值计算单元的一个例子， 使用反映了排气温度传感器31的响应延迟的影响的二次的LPF(Low Pass Filter:低通滤 波器），进行使由推断气体温度计算部43计算出的发动机出口推断排气温度T3接近排气温 度传感器31的传感器输出值的计算。以下，对其计算的详细顺序进行说明。
[0066] 排气温度传感器31的时间常数依存于排气流量等，因此不是恒定的。因此，需要根 据物理式导出时间常数与物理量的依存关系。当假设从排气向排气温度传感器31的外壁面 或者排气通路(排气管）12的内壁面传递的热能、全部被用于这些壁面的温度上升时，热传 递式由以下的数式（12)表示，在该数式（12)中，固体的密度:pw，固体的比热：c P，固体的体 积:Vw，壁面温度:Ts，热传递率:h，导热面积:S，流体温度:Tf。
[0069]当对数式(12)进行拉普拉斯变换而进行变形时，由以下的数式(13)表示。
[0074]根据数式（13)可知，温度变化的时间常数与排气和壁面之间的热传递率h呈反比 例。
[0075]在本实施方式中，首先对排气温度传感器31的热传递率与物理量之间的关系进行 考虑。例如，当将排气流与传感器之间的热传递现象假设为与在均匀流中放置的圆柱的热 传递现象相似时，根据公知的热传递率的实验式，均匀流中放置的圆柱状传感器的平均热 传递率由以下的数式（14)表示，在该数式（14)中，努塞尔数:Nu，雷诺数:Re，普朗特数:Pr， 常量:C。
[0078] 当将数式（14)的无维数改写为物理量并且对于热传递率h进行求解时，由以下的 数式（15)表示，在该数式（15)中，代表长度：1，流体比热c pf，流体的热传导率:λ，流体的粘 度:μ，流体的密度:P，流体的动粘度:V。
[0079] [数 15]
[0081 ] 其中
[0082] ν = μ/ρ
[0083] 由于排气的热传导率λ、粘度μ依存于温度而变化，因此假设使这些热传导率λ、粘 度μ由以下的数式(16)所示的近似式来表示。
[0084] [数 16]
[0085] X=QTfp
[0086] 在数式（16)中，根据取得双方的对数的以下的数式（17)，并通过一次函数的近似， 能够求出α以及β。
[0087] [数 17]
[0088] Iog(X) = log(a)+0 · Iog(Tf)
[0089] 当使用记载于公知的物理年表等的、热传导率λ例如为〇~l〇〇°C、粘度μ例如为一 50~350°C的值，来对数式（17)进行同定时，近似式由以下的数式（18)、（ 19)表示。
[0090] [数 18]
[0091] λ=1·75Χ10-4 · Tf0·878
[0092] [数 19]
[0093] μ = 2·82Χ10-7 · Tf0.731
[0094] 当将数式(18)、（19)向上述数式(15)代入时，由以下的数式(20)表示。
[0097]并且，当将传感器的有效截面积设为AJ寸，排气的质量流量mf由以下的数式(21)表 不。
[0100]当从数式(20 )、（ 21)中消除流体密度P和流体流速u，并提取流体温度Tf和质量流 量mf时，由以下的数式(22)表示。
[0103]当将数式(22)向数式（13)代入时，能够得到传感器的温度变化时间常数T1与流体 温度Tf和质量流量mf呈正比例的以下的数式(23)。另外，在数式(23)中，Tfo为流体温度的基 准值，m fQ为质量流量的基准值。
[0106] 其中
[0108]接下来，在本实施方式中，对排气通路(排气管）12的热传递率与物理量之间的关 系进行考虑。当假设排气通路12为圆滑的圆筒管时，根据公知的经验式，圆管内部的平均热 传递率由以下的数式(24)表示。
[0111]当实施与上述数式（14)~(23)同样的变形时，排气管的温度变化时间常数12与物 理量(流体温度Tf，质量流量mf)的比例关系由以下的数式(25)表示。
[0116] 并且，在本实施方式中，还对排气温度传感器31的推断传感器输出值Test与排气通 路12的壁面温度之间的关系进行考虑。推断传感器输出值T est为，当假设成为传感器壁面温 度Tsl与排气管温度Ts2的中间值时，能够由将权重系数设为α的以下的数式(26)表示。
[0117] [数 26]
[0118] Test=(l-a) · Tsi+a · Ts2
[0119] 其中
[0120] 〇<α<1
[0121] 当假设传感器壁面温度Tsl以及排气管温度Ts2分别具有个别的时间常数，并根据 上述数式(23)或者数式(25)进行变化时，对推断传感器输出值T est的变化进行表示的传递 函数，作为二次的LPF而由以下的数式(27)(第一模型式)表示。
[0126]推断传感器输出值计算部44通过向数式（27)的流体温度Tf代入由推断气体温度 计算部43计算出的发动机出口推断排气温度T3，来计算排气温度传感器31的推断传感器输 出值Te3stt3由此，构成为，根据与发动机10的运转状态相对应地变化的发动机出口推断排气 温度T 3,实时地计算反映了传感器的响应延迟的推断传感器输出值Test。另外，质量流量(排 气的质量流量)m f也可以通过未图示的排气流量传感器来直接检测，或者也可以基于根据 发动机转速N以及油门开度Q而掌握的发动机10的运转状态来推断。
[0127] 排 气温度传感器诊断部45是本发明的诊断单元的一个例子，基于从排气温度传感 器31输入的实际传感器输入值Tact以及由推断传感器输出值计算部44计算出的推断传感器 输出值T est，进行排气温度传感器31的合理性诊断。
[0128] 更详细地说，在ECU40中存储有预先通过实验等而求出的表示排气温度传感器31 的故障的温度差上限阈值To。此处所称的故障，例如不仅包括由于传感器的短路、断路等而 变得不能够输出传感器值的状态，还包括不能够检测正确的值的状态。排气温度传感器诊 断部45为，在实际传感器输入值T act与推断传感器输出值Test的温度差△ T大于温度差上限 阈值To的情况下，判断为排气温度传感器31产生故障。
[0129] 另外，故障判断不一定必须基于温度差△ T来进行，也可以基于实际传感器输入值 Tact与推断传感器输出值Test之比Tac^Test来进行。此外，诊断对象为，只要是与排气温度传 感器31大致同等的对温度进行检测的传感器，则例如也可以是设置在EGR冷却器22的入口 的冷却器入口温度传感器37。
[0130] 接下来，根据图2对本实施方式的传感器输出值推断装置的控制流程进行说明。
[0131] 首先，在点火开关的开启操作的同时，在步骤100中，各种传感器29~37的传感器 值被向E⑶40输入。
[0132] 在步骤110中，根据发动机10的运转状态，从修正值映射读取吸入氧浓度修正系数 k1; 〇2以及喷射开始定时修正系数kn(n=1,2), Stli，并从基准值映射读取基准吸入氧浓度Xo2, ref以 及基准喷射开始定时Φ ref。
[0133] 在步骤120中，基于在步骤110中从各种映射读取的值、从吸气氧浓度传感器34输 入的吸气氧浓度Xq2、以及由燃料喷射控制部41决定的喷射开始定时Φ，根据数式(9)的模型 式来计算指示热效率变化量A ru。
[0134] 在步骤130中，根据发动机10的运转状态，从基准值映射读取基准吸入能量Himref、 基准排气能量H e3x, ，并且根据数式(10 )、（ 11)来计算排气能量Hin、燃烧能量Qfue3I。
[0135] 在步骤140中，基于在步骤120中计算出的指示热效率变化量Aru、在步骤130中从 映射读取的值以及根据数式（1〇)、（11)计算出的值，根据数式(7)的模型式来计算发动机出 口推断排气温度T 3。
[0136] 在步骤150中，将在步骤100中根据所输入的发动机转速N以及油门开度Q来推断 (或者，由传感器直接检测）的质量流量mf、以及在步骤140中计算出的发动机出口推断排气 温度T 3向数式(27)代入，由此计算出排气温度传感器31的推断传感器输出值Test。
[0137] 在步骤160中，基于在步骤150中计算出的推断传感器输出值Te3st与在步骤100中从 排气温度传感器31输入的实际传感器输入值T act的温度差A T，执行排气温度传感器31的诊 断。在温度差A T大于阈值To的情况(是）下，在步骤170中判断为排气温度传感器31产生故 障。另一方面，在温度差A T为阈值To以下的情况(否)下，主控制返回步骤100。然后，反复执 行步骤100~170的各控制步骤，直到点火开关的关闭操作为止。
[0138] 接下来，对本实施方式的传感器输出值推断装置的作用效果进行说明。
[0139] 以往，在进行排气温度传感器的合理性诊断时，对根据发动机的运转状态而推断 的推断排气温度与排气温度传感器的实际传感器输出值进行比较。由于排气温度传感器的 传感器输出值产生响应延迟，因此在对这些传感器值与推断值简单地进行比较的方法中， 有可能不能够进行正确的诊断。
[0140] 与此相对，本实施方式的传感器输出值推断装置，使用反映了传感器的响应延迟 的数式(27)，实时地计算排气温度传感器31的推断传感器输出值T est。该数式(27)为，为了 高精度地反映响应延迟，而构成为包含排气温度传感器31的温度变化时间常数^与物理量 (排气流量m f，排气温度Tf)之间的关系、以及排气通路(排气管）12的温度变化时间常数12与 物理量(排气流量nif，排气温度T f)之间的关系的二次的LPF。通过成为这样的二次的LPF，如 图3所示那样，在发动机10的包括过渡运转在内的全部运转区域中，能够高精度地计算反映 了传感器的响应延迟的排气温度传感器31的推断传感器输出值Test。
[0141] 由此，根据本实施方式的传感器输出值推断装置，能够有效地计算反映了响应延 迟的影响的推断传感器输出值Test，并且与排气温度传感器31的实际传感器值T act的比较变 得容易，能够高精度地进行合理性诊断。
[0142] 此外，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适当 地变形而实施。
[0143] 例如，在上述各实施方式中，说明了基于上述数式(7)以及数式(9)来计算发动机 出口推断排气温度T3,但也可以根据包含发动机10的运转状态、排气的状态量等在内的其 他模型式来计算。此外，说明了将推断传感器输出值T est用于排气温度传感器31的诊断，但 也能够应用于EGR冷却器22的诊断。在该情况下，将推断传感器输出值T est与冷却器出口温 度传感器36的传感器值进行比较即可。此外，发动机10不限定于柴油机发动机，也能够广泛 应用于汽油发动机等其他发动机。
[0144] 符号的说明
[0145] 10发动机
[0146] 12排气通路(排气管）
[0147] 31排气温度传感器
[0148] 36冷却器出口温度传感器
[0149] 37冷却器入口温度传感器
[0150] 40 ECU
[0151] 42指示热效率计算部(推断气体温度计算单元）
[0152] 43推断气体温度计算部(推断气体温度计算单元）
[0153] 44推断传感器输出值计算部(推断传感器输出值计算单元）
[0154] 45排气温度传感器诊断部(诊断单元）
【主权项】
1. 一种传感器输出值推断装置，具备： 推断气体温度计算单元，至少基于发动机的运转状态以及发动机内气体的状态量，来 计算上述发动机的推断气体温度；以及 推断传感器输出值计算单元，基于所计算出的上述推断气体温度、以及预先存储的对 温度传感器的温度变化时间常数、气体流量、气体温度的关系进行规定的第一模型式，对反 映了上述温度传感器的响应延迟的推断传感器输出值进行计算。2. 如权利要求1记载的传感器输出值推断装置，其中， 上述第一模型式还包括设置有上述温度传感器的配管的温度变化时间常数、气体流量 以及气体温度的关系。3. 如权利要求1或2记载的传感器输出值推断装置，其中， 还具备诊断单元，该诊断单元基于由上述推断传感器输出值计算单元计算出的推断传 感器输出值、以及由上述温度传感器检测的实际传感器输出值，对上述温度传感器进行诊 断。4. 如权利要求1至3任一项记载的传感器输出值推断装置，其中， 上述推断气体温度计算单元为， 基于对上述发动机的吸气氧浓度、以及根据运转状态而设定的燃料喷射定时、指示热 效率变化量的关系进行规定的第二模型式，对上述发动机的指示热效率变化量进行计算， 并且基于对计算出的指示热效率变化量与排气温度的关系进行规定的第三模型式，对上述 发动机的推断排气温度进行计算。
【专利摘要】本发明涉及一种传感器输出值推断装置，有效地推断反映了温度传感器的响应延迟的传感器输出值。具备：推断气体温度计算部(43)，至少基于发动机(10)的运转状态以及发动机内气体的状态量，对发动机(10)的推断气体温度进行计算；以及推断传感器输出值计算部(44)，基于对计算出的推断气体温度以及预先存储的温度传感器(31)的温度变化时间常数、气体流量以及气体温度的关系进行规定的第一模型式，对反映了温度传感器(31)的响应延迟的推断传感器输出值进行计算。
【IPC分类】F02M26/47, F02D45/00, G01K7/00
【公开号】CN105492746
【申请号】CN201480041934
【发明人】塙哲史, 伊海佳昭
【申请人】五十铃自动车株式会社, 株式会社特朗斯特隆
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年7月31日
【公告号】EP3029303A1, US20160160777, WO2015016304A1
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