JP6344016B2 - 温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の流体通路に装着された温度センサの出力に基づいて、前記流体通路を通流する流体の温度の測定値を出力するように構成された、温度測定装置に関する。

この種の装置として、排気通路に装着された温度センサの応答遅れを補正（補償）するように構成されたものが知られている（例えば国際公開第２０１１／０４８６３２号等参照。）。

国際公開第２０１１／０４８６３２号

この種の温度センサ（例えば熱電対）は、排気の流速によって応答時間が変化する。このため、内燃機関の運転条件によっては、上述のように応答遅れの補正を行ったとしても、実際の温度と測定値との乖離が大きくなる可能性がある。この点、流速に応じて応答時間を可変とする構成においては、流速の測定（取得）に伴う処理負荷が増大する。一方、応答時間を一定とする構成においては、過補正が生じることがある。本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。

本発明の温度測定装置は、内燃機関の流体通路に装着された温度センサの出力に基づいて、前記流体通路を通流する流体の温度の測定値を出力するように構成されている。具体的には、前記温度測定装置は、第一温度出力部と、第二温度出力部と、過補正判定部と、測定値出力部と、を備えている。なお、本明細書において、「測定」は、「取得」あるいは「検出」とも表現され得る。

前記第一温度出力部は、前記温度センサの出力に相当する未補正値（an uncorrected value being equivalent to an output of the temperature sensor）を出力するように設けられている。前記第二温度出力部は、補正後値（corrected value）を出力するように設けられている。ここで、「補正後値」とは、前記温度センサの応答遅れを計算モデル化した「応答遅れモデル」に基づいて、前記未補正値を補正することで、算出された値である。

前記過補正判定部は、前記未補正値と前記補正後値とに基づいて、前記補正後値における過補正の発生の有無を判定するように設けられている。前記測定値出力部は、前記過補正判定部にて前記過補正の発生が判定されていない場合に前記補正後値を前記測定値として出力する一方、前記過補正判定部にて前記過補正の発生が判定された場合に前記補正後値とは異なる値を前記測定値として出力するように設けられている。

かかる構成を有する本発明の前記温度測定装置においては、前記第一温度出力部は、前記温度センサの出力に相当する前記未補正値を出力する。この未補正値は、前記第二温度出力部によって補正される前の値、すなわち、「補正前の流体温度に相当する値」である。前記第二温度出力部は、前記応答遅れモデルに基づいて前記未補正値を補正することで、前記補正後値を算出する。また、前記第二温度出力部は、算出した前記補正後値を出力する。

前記過補正判定部は、前記未補正値と前記補正後値とに基づいて、前記補正後値における前記過補正の発生の有無を判定する。前記測定値出力部は、前記過補正判定部にて前記過補正の発生が判定されていない場合、前記補正後値を、前記測定値として出力する。これにより、前記温度センサの応答遅れが良好に補正（補償）される。

一方、前記測定値出力部は、前記過補正判定部にて前記過補正の発生が判定された場合、前記補正後値とは異なる値（例えば前記未補正値）を、前記測定値として出力する。これにより、過補正に伴う前記測定値の精度悪化が可及的に抑制され得る。

本発明の適用対象であるエンジンを含む、システム全体の概略構成を示す図。 図１に示されている信号処理部によって構築された、本発明の一実施形態に係る温度測定装置の、概略的な機能ブロック図。 図２に示されている本実施形態の温度測定装置における動作の概略を示すグラフ。 図２に示されている本実施形態の温度測定装置における動作の概略を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した一実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜システム全体構成＞
図１を参照すると、火花点火式の内燃機関であるエンジン１０は、排気通路１１に接続されている。排気通路１１には、排気温センサ１２が装着されている。排気温センサ１２は、温度センサ（具体的には熱電対）であって、排気通路１１内を通流する排気の温度（以下単に「排気温」と略称する）に対応する出力（an output corresponding to temperature of exhaust passing through the exhaust path 11）を生じるように設けられている。

排気温センサ１２は、信号処理部１３を介して、エンジンＥＣＵ２０に接続されている。信号処理部１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び通電時に書き換え可能な不揮発性メモリ（例えばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ（登録商標））等よりなるマイクロコンピュータを、その内部に備えている。この信号処理部１３は、排気温センサ１２の出力信号を処理するとともに、処理済の信号をエンジンＥＣＵ２０に向けて出力するように構成されている。

エンジンＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び上述の不揮発性メモリ等よりなるマイクロコンピュータを、その内部に備えている。また、エンジンＥＣＵ２０は、排気温センサ１２以外の各種センサ類と電気的に接続されている。さらに、エンジンＥＣＵ２０は、図示しないインジェクタ等の動作部と電気的に接続されている。すなわち、エンジンＥＣＵ２０は、上述の各種センサ類の出力に基づいて、上述の動作部における動作を制御するように設けられている。

＜排気温測定装置＞
図２を参照すると、本発明の温度測定装置の一実施形態に係る排気温測定装置３０は、排気温センサ１２の出力に基づいて、排気温の測定値（以下単に「測定値」と略称する。なお、「測定値」は、「取得値」あるいは「検出値」とも称され得る。）を出力するように構成されている。具体的には、排気温測定装置３０は、第一排気温出力部３１と、第二排気温出力部３２と、第三排気温出力部３３と、を備えている。本実施形態においては、第一排気温出力部３１、第二排気温出力部３２、及び第三排気温出力部３３は、信号処理部１３（具体的には信号処理部１３に搭載されたＣＰＵ）内に構築された機能ブロックとして設けられている。

本発明の「第一温度出力部」としての第一排気温出力部３１は、排気温センサ１２の出力に相当する未補正値（第二排気温出力部３２による補正処理を受ける前の値）を出力するように設けられている。具体的には、第一排気温出力部３１は、排気温センサ１２の出力電圧を、所定のマップ（排気温センサ１２の出力電圧とこれに対応する排気温との相関マップ）に照合することで、当該出力電圧に対応する上述の未補正値を出力するように構成されている。

本発明の「第二温度出力部」としての第二排気温出力部３２は、応答遅れモデルに基づいて未補正値を補正することで補正後値を算出するとともに、算出した補正後値を出力するように設けられている。ここで、「応答遅れモデル」とは、排気温センサ１２の応答遅れ（典型的には一次遅れ）の物理モデルに基づいて構築された計算モデルである。かかる応答遅れモデルの内容は、本願の出願時点においてすでに周知あるいは公知となっており、当業者の技術常識を構成するものである。このため、本明細書においては、応答遅れモデルについてのこれ以上の詳細な説明は省略するが、必要に応じて、例えば、特許第４３７３９０９号公報（米国特許第７，３０５，８１９号明細書／欧州特許第１６７６９９１号明細書）等を参照のこと。

第三排気温出力部３３は、上述の未補正値及び補正後値に基づいて、上述の測定値を出力するように設けられている。具体的には、第三排気温出力部３３は、過補正判定部３３ａと、測定値出力部３３ｂと、を備えている。

過補正判定部３３ａは、未補正値と補正後値とに基づいて、補正後値における過補正の発生の有無を判定するように設けられている。具体的には、過補正判定部３３ａは、未補正値の変化状態（より詳細には変化の方向すなわち符号）と、補正後値の変化状態（より詳細には変化の方向すなわち符号）と、に基づいて、過補正の発生の有無を判定するようになっている。

測定値出力部３３ｂは、過補正判定部３３ａの判定結果に応じた測定値を出力するように構成されている。具体的には、測定値出力部３３ｂは、過補正判定部３３ａにて過補正の発生が判定されていない場合には補正後値を測定値として出力する一方、過補正判定部３３ａにて過補正の発生が判定された場合には補正後値とは異なる値（具体的には未補正値）を測定値として出力するように設けられている。

＜作用・効果＞
以下、本実施形態の構成による作用・効果について説明する。なお、図示されたフローチャートにおいては、「ステップ」は「Ｓ」と略記されている。

上述の構成を有する本実施形態の排気温測定装置３０においては、第一排気温出力部３１は、排気温センサ１２の出力に相当する未補正値を、第二排気温出力部３２及び第三排気温出力部３３に出力する。なお、この未補正値は、第二排気温出力部３２によって補正される前の値、すなわち、「補正前の排気温に相当する値」である。

第二排気温出力部３２は、応答遅れモデルに基づいて未補正値を補正することで、補正後値を算出する。また、第二排気温出力部３２は、算出した補正後値を、第三排気温出力部３３に出力する。

第三排気温出力部３３には、第一排気温出力部３１から出力された未補正値と、第二排気温出力部３２から出力された補正後値とが入力される。すると、第三排気温出力部３３における過補正判定部３３ａは、未補正値と補正後値とに基づいて、補正後値における過補正の発生の有無を判定する。測定値出力部３３ｂは、過補正判定部３３ａにおける判定結果に応じて、測定値を出力する。

図３は、実際の排気温がステップ状に変化（上昇）した場合の、未補正値及び補正後値の挙動を例示するグラフである。図中、二点鎖線は実際の排気温、実線は未補正値、破線及び一点鎖線は補正後値、をそれぞれ示すものとする。

図３に示されているように、排気温センサ１２の出力に相当する未補正値は、実際の排気温に対して、応答遅れ（典型的には一次遅れ）を有している。このため、かかる応答遅れを上述の応答遅れモデルによって適切に補正（補償）することができれば、図中破線で示されているように、排気温の測定精度が向上する。よって、測定値出力部３３ｂは、過補正判定部３３ａにて過補正の発生が判定されていない場合、補正後値を、測定値として出力する。これにより、排気温センサ１２の応答遅れが良好に補正（補償）される。

一方、エンジン１０の運転条件によっては、図３にて一点鎖線にて示されているように、過補正が生じることがある。そこで、測定値出力部３３ｂは、過補正判定部３３ａにて過補正の発生が判定された場合、補正後値とは異なる値（具体的には未補正値）を、測定値として出力する。これにより、過補正に伴う測定値の精度悪化が可及的に抑制され得る。

ここで、過補正の発生の有無の判定は、未補正値の変化状態と、補正後値の変化状態と、に基づいて行われる。具体的には、過補正が生じている場合、図３における一点鎖線にて示されているように、補正値は、一旦「オーバーシュート」した後に、実際の排気温に向かって収束する。このため、図３における時刻ｔ１においては、過補正による補正値にピークが生じていて、このピークの前後で補正値の変化の方向が異なっている。これに対して、図３における実線で示されているように、ステップ状に変化した実際の排気温に対して一次遅れの関係にある未補正値は、変化の方向が一定である。

そこで、過補正判定部３３ａは、未補正値の変化と補正後値の変化とが同符号である場合には、過補正が発生していないと判定する。一方、過補正判定部３３ａは、未補正値の変化と補正後値の変化とが異なる符号である場合には、過補正が発生していると判定する。これにより、過補正の判定が、簡略な処理によって良好に行われ得る。なお、図３の例においては、時刻ｔ１以前においては、補正後値が、測定値として用いられる。一方、時刻ｔ１以降においては、補正後値とは異なる値（具体的には未補正値）が、測定値として用いられる。

また、本実施形態においては、排気温センサ１２を車両における実際の搭載位置に搭載した状態（あるいはこれに近似した状態）での適合試験を行わなくても、排気温センサ１２の出力に基づく排気温の測定値が、比較的良好な精度で取得される。さらに、本実施形態においては、流速に応じて応答時間を可変としなくても、排気温センサ１２の出力に基づく排気温の測定値が、比較的良好な精度で取得される。したがって、本実施形態によれば、上述のＣＰＵにおける計算負荷が低減され、且つエンジンＥＣＵ２０における適合試験工数が低減される。

図４は、上述の動作を具体化したフローチャートである。かかる図４のフローチャートにて示されたルーチンは、信号処理部１３に搭載された上述のＣＰＵによって、所定時間毎に繰り返し実行される。

このルーチンが起動されると、まず、ステップ４０１にて、排気温検出のための条件（エンジン１０の始動後所定時間経過等）が成立しているか否かが判定される。検出条件が成立していない場合（ステップ４０１＝ＮＯ）、ステップ４０２以降の処理がすべてスキップされ、本ルーチンの処理が一旦終了する。よって、以下、検出条件が成立しているものとして（ステップ４０１＝ＹＥＳ）、本動作説明を続行する。

ステップ４０２においては、未補正値Ｔｓが、排気温センサ１２の出力に基づいて取得される。取得された未補正値Ｔｓは、上述の不揮発性メモリに、時系列に順次蓄積（格納）される。

次に、ステップ４０３においては、今回取得された未補正値Ｔｓの、前回値からの変化ΔＴｓが算出される。すなわち、今回の取得値をＴｓ（ｋ）、前回値をＴｓ（ｋ−１）とすると、以下の式によってΔＴｓが算出される。
ΔＴｓ＝Ｔｓ（ｋ）−Ｔｓ（ｋ−１）

続いて、ステップ４０４においては、今回取得された未補正値Ｔｓに基づいて、補正後値Ｔｅが、第二排気温出力部３２によって算出される。算出された補正後値Ｔｅは、上述の不揮発性メモリに、時系列に順次蓄積（格納）される。

さらに、ステップ４０５においては、今回算出された補正後値Ｔｅの、前回値からの変化ΔＴｅが算出される。すなわち、今回の算出値をＴｅ（ｋ）、前回値をＴｅ（ｋ−１）とすると、以下の式によってΔＴｓが算出される。
ΔＴｅ＝Ｔｅ（ｋ）−Ｔｅ（ｋ−１）

上述のようにして、未補正値の変化ΔＴｓと、補正後値の変化ΔＴｅとが算出されると、処理がステップ４１０に進行する。ステップ４１０においては、未補正値の変化ΔＴｓと補正後値の変化ΔＴｅとの積の符号が負であるか否かが判定される。すなわち、未補正値の変化ΔＴｓと補正後値の変化ΔＴｅとが同符号である場合、両者の積の値は正となる（ステップ４１０＝ＮＯ）。これに対し、未補正値の変化ΔＴｓと補正後値の変化ΔＴｅとが異符号である場合、両者の積の値は負となる（ステップ４１０＝ＹＥＳ）。但し、ノイズ等の影響により、上述の判定結果が安定しない場合があり得る。

そこで、未補正値の変化ΔＴｓと補正後値の変化ΔＴｅとの積の符号が負である場合（ステップ４１０＝ＹＥＳ）、処理がステップ４２０に進行して、カウンタＮの値が１インクリメントされる。そして、カウンタＮの値が所定値Ｎｔｈを超えた場合に（ステップ４２２＝ＹＥＳ）、過補正判定部３３ａが過補正の発生を判定する。この場合、処理がステップ４２４に進行して、今回の未補正値Ｔｓの取得値を、測定値Ｔｅｘとして出力し、本ルーチンが一旦終了する。一方、カウンタＮの値が所定値Ｎｔｈを超えていない場合には（ステップ４２２＝ＮＯ）、過補正の発生は判定されない。この場合、処理がステップ４２６に進行して、今回の補正後値Ｔｅの算出値を、測定値Ｔｅｘとして出力し、本ルーチンが一旦終了する。

これに対し、未補正値の変化ΔＴｓと補正後値の変化ΔＴｅとの積の符号が正である場合（ステップ４１０＝ＮＯ）、処理がステップ４３０に進行して、カウンタＮの値がリセットされる。その後、処理がステップ４２６に進行して、今回の補正後値Ｔｅの算出値を、測定値Ｔｅｘとして出力し、本ルーチンが一旦終了する。

＜変形例＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

本発明は、上述した具体的な装置構成や動作（制御）態様に限定されない。例えば、排気温センサ１２は、一次遅れ特性を有するものであれば、熱電対に限定されない。例えば、サーミスタ等も、排気温センサ１２として好適に用いられ得る。また、測定値出力部３３ｂは、過補正の発生が判定された場合に、未補正値に代えて、未補正値と補正後値とに基づいて算出された値（中間値：例えば平均値）を出力するようになっていてもよい。

また、本発明は、排気温センサ１２についての適合試験の実施を排除するものではない。すなわち、本発明は、適合試験によって応答遅れモデルの適合が良好に行われたことを前提とした構成に対しても、良好に適用され得る。これにより、排気温の測定精度が、よりいっそう向上する。

排気温測定装置３０は、エンジンＥＣＵ２０に設けられていてもよい。

さらに、本発明は、排気温の測定（取得）に限定されない。すなわち、エンジン１０の運転に伴って流動する任意の流体（例えば、吸気、冷却水、潤滑油、等）の温度の測定（取得）に対しても、本発明は好適に適用され得る。もっとも、排気温は、他の流体温度に比べて、変動範囲が広い。このため、本発明を排気温の測定に適用した場合に、従来技術よりもよりいっそう優れたエンジン１０（休排気系を含む）の制御が可能となる。

その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構成及びその均等物の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構成をも含む。

１０…エンジン、１１…排気通路、１２…排気温センサ、１３…信号処理部、２０…ＥＣＵ、３０…排気温測定装置、３１…第一排気温出力部、３２…第二排気温出力部、３３…第三排気温出力部、３３ａ…過補正判定部、３３ｂ…測定値出力部。

Claims (2)

1. 内燃機関（１０）の流体通路（１１）に装着された温度センサ（１２）の出力に基づいて、前記流体通路を通流する流体の温度の測定値を出力するように構成された、温度測定装置（３０）であって、
   前記温度センサの出力に相当する未補正値を出力するように設けられた、第一温度出力部（３１）と、
   前記温度センサの応答遅れを計算モデル化した応答遅れモデルに基づいて前記未補正値を補正することで算出された補正後値を出力するように設けられた、第二温度出力部（３２）と、
   前記未補正値の変化の符号と、前記補正後値の変化の符号とに基づいて、前記補正後値における過補正の発生の有無を判定するように設けられた、過補正判定部（３３ａ）と、
   前記過補正判定部にて前記過補正の発生が判定されていない場合に前記補正後値を前記測定値として出力する一方、前記過補正判定部にて前記過補正の発生が判定された場合に前記補正後値とは異なる値を前記測定値として出力するように設けられた、測定値出力部（３３ｂ）と、
   を備えたことを特徴とする、温度測定装置。
2. 請求項１に記載の温度測定装置であって、
   前記測定値出力部は、前記過補正判定部にて前記過補正の発生が判定された場合に、前記未補正値を前記測定値として出力するように設けられたことを特徴とする、温度測定装置。

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