JP2006037834A

JP2006037834A - 触媒温度推定装置

Info

Publication number: JP2006037834A
Application number: JP2004218495A
Authority: JP
Inventors: Riki Kahechi; 理揮替地
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】触媒温度を精度良く推定する。
【解決手段】エンジン３の排気通路４に介装され、排気ガスを浄化する排気浄化用触媒１の温度を推定する触媒温度推定装置において、エンジン３の運転状態に基づいて分割した運転領域のうち、いずれの運転領域であるかを判定する運転領域判定手段９と、運転領域ごとの排気浄化用触媒１の温度変化率を設定する温度変化率設定手段９と、温度変化率設定手段９により設定した温度変化率を用いて排気浄化用触媒１の温度を推定する温度推定手段９と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化用触媒の保護制御装置に関する。

高負荷運転時や高回転運転時のように、エンジンの排気温度が上昇する運転領域では、燃料噴射量を増量して排気温度を低下させて、排気浄化用触媒が熱により劣化することを防止する方法（触媒保護制御）が知られている。

しかし、排気浄化用触媒の熱容量が大きいため、排気温度が上昇してから排気浄化用触媒の温度が上昇するまでに時間差が生じ、排気温度の上昇とともに触媒保護制御を開始すると、排気浄化用触媒の温度が上昇するまでの間は不要な燃料を噴射することとなり、燃費悪化の原因となっていた。

そこで、特許文献１では、排気温度が上昇してから触媒保護制御を開始するまでの時間（ディレイタイム）を運転領域毎に設定し、不要な燃料噴射量増量を防止している。なお、燃料噴射量を増量する運転領域から外れた後、再び当該運転領域に突入した場合には、ディレイタイムはゼロとしている。
特開２０００−２９１４６５号

しかしながら、特許文献１ではディレイタイムを運転領域ごとの定数として設定しているので、排気温度が上昇する過程で運転領域の変化が繰り返された場合等には、実際に排気浄化用触媒の温度が触媒保護制御が必要な温度に達するまでの時間とディレイタイムとが合致しない可能性がある。

これにより、例えばディレイタイムが長い場合には排気浄化用触媒が熱劣化する程度まで排気浄化用触媒の温度が上昇してしまい、ディレイタイムが短い場合には不要な燃料を噴射することになりＨＣ排出量が増加してしまうという問題があった。

そこで、本発明では排気浄化用触媒の温度を精度良く推定することを目的とする。

本発明の触媒温度推定装置は、エンジンの排気通路に介装され、排気ガスを浄化する排気浄化用触媒の温度を推定する触媒温度推定装置において、エンジンの運転状態に基づいて分割した運転領域のうち、いずれの運転領域であるかを判定する運転領域判定手段と、運転領域ごとの排気浄化用触媒の温度変化率を設定する温度変化率設定手段と、前記温度変化率設定手段により設定した温度変化率を用いて前記排気浄化用触媒の温度を推定する温度推定手段と、を備える。

本発明によれば、運転領域ごとに設定した温度変化率を用いて排気浄化用触媒の温度を推定するので、排気浄化用触媒の温度が上昇する過程で運転領域が変化した場合にも精度良く排気浄化用触媒の温度を推定することができる。これにより触媒保護制御を開始するべきタイミングを適確に検知することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態のシステムの構成を表す図である。３はエンジン、４は排気通路、１は排気通路中に介装され排気成分の浄化作用を有する排気浄化用触媒（以下、触媒という）、２は排気通路４を流れる排気ガスの温度を検出する排気温検出手段としての排気温センサである。

また、５は吸気通路、６はエンジンに供給する空気量を調節するスロットルチャンバ、７はスロットルチャンバ６の上流に設けられ吸気量を検出するエアフローメータ、８は吸気通路５を流れる吸気に向けて燃料を噴射するインジェクタである。

９はエアフローメータ７、排気温センサ２、そしてエンジン３の図示しないクランクシャフトの回転角、つまりエンジン回転数を検出するクランク角センサ１０の検出値、アクセルペダル開度センサの検出値が読込まれるコントロールユニットである。コントロールユニット９は上記の検出値に基づいて燃料噴射量やスロットル開度等の決定し、また後述する運転領域の判定（運転領域判定手段）、触媒温度の推定（温度変化率設定手段、温度推定手段）、触媒保護制御（触媒保護手段）等を行う。

次に、コントロールユニット９が実行する、触媒保護制御を開始するか否かの判定について、図２のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１では、現在の運転領域が領域Ｃであるか否かの判定を行う。

ここで運転領域について図３を参照して説明する。図３は縦軸にトルク、横軸にエンジン回転数をとった運転領域マップである。

領域Ａは高トルクかつ高回転数の領域であって、この領域での運転を継続すると、触媒１の温度が許容温度を越える高排気温度の運転領域である。なお、許容温度とは、触媒１が浄化性能を維持できる温度の高温側限界値である。

領域Ｂは領域Ａよりも排気温度がやや低いものの、この領域での運転を継続すると触媒１の温度が許容温度を超える高排気温度の運転領域である。

領域Ｃは運転領域Ａ、Ｂに比べて排気温度が低く、この領域での運転を継続しても触媒１の温度は許容温度以下となる運転領域である。

そこで、排気温度センサ２の検出値に基づいて運転領域の判定を行うこととする。

上記の各運転領域での運転を継続した場合の触媒１の温度変化を図４に示す。図４は各運転領域での触媒温度の変化を表すタイムチャートである。なお、領域Ｃについては、運転領域が領域Ａ、Ｂから領域Ｃに変化した場合を示している。

運転を一定時間継続した場合に、触媒１の温度が最も高くなるのは、排気温度が最も高い領域Ａでの運転であり、次に領域Ｂが高くなる。

領域Ｃでの運転を継続すると、触媒１の温度は徐々に下がる。

図４の各運転領域の温度変化を表す直線の傾き（温度変化率）から定まる一定時間（触媒温度推定周期）毎の温度変化代をΔＴとする。

なお、運転開始から一旦領域Ｃを外れるまでは、領域Ｃでの温度変化代ΔＴはゼロとする。

ステップＳ１の判定で運転領域が領域Ｃであった場合には、触媒１の温度が許容温度を超えることはないので、リターンしてステップＳ１の判定を繰り返す。

ステップＳ１の判定で領域Ｃ以外であった場合には、ステップＳ２に進み、触媒保護カウンターＴをＴ０として始動し、ステップＳ３に進む。なお、前記の初期値Ｔ０は予め設定した定数である。

ステップＳ３では現在どの運転領域にあるかの判定を行う。

領域Ａの場合はステップＳ４に進み、触媒１の温度変化代ΔＴ＝Ｔａとし、領域Ｂの場合はステップＳ５に進み温度変化代ΔＴ＝Ｔｂとし、領域Ｃの場合はステップＳ６に進み温度変化代ΔＴ＝−Ｔｃとする。

ステップＳ４〜Ｓ６で温度変化代ΔＴを決定したら、ステップＳ７で下式（１）によって現在の触媒１の温度Ｔｇを推定する。

Ｔｇ＝Ｔ＋ΔＴ（１）
ステップＳ８では、ステップＳ７で算出した触媒１の温度Ｔｇが初期値Ｔ０より大きいか否かの判定を行う。

初期値Ｔ０より小さい場合にはリターンしてステップＳ１の判定に戻る。

初期値Ｔ０より大きい場合にはステップＳ９に進み、現在の触媒１の温度Ｔｇが前述した許容温度Ｔｍａｘより大きいか否かの判定を行う。

許容温度Ｔｍａｘの方が小さければ、つまり触媒１の温度が許容温度を超えた場合には、ステップＳ１０に進み、触媒保護制御を開始する。

触媒保護制御とは、燃料噴射量を増量することによって排気温度を低下させ、これにより触媒１の温度を前述した許容温度Ｔｍａｘに維持する制御である。

ステップＳ１０で触媒保護制御により触媒１の温度Ｔｇを許容温度Ｔｍａｘに維持したら、ステップＳ１１で運転領域の判定を行う。運転領域が領域Ｃでない場合はステップＳ１０に戻り触媒保護制御を続行する。領域Ｃであった場合にはステップＳ１２で温度変化代ΔＴ＝−Ｔｃとし、ステップＳ１３で触媒１の温度Ｔｇを式（１）により求め、ステップＳ１４で運転領域の判定を行う。

ステップＳ１４で領域Ｃであった場合にはステップＳ１５に進み、触媒１の温度Ｔｇが初期値Ｔ０より大きいか否かの判定を行う。

触媒１の温度Ｔｇが初期値Ｔ０より大きい場合はステップＳ１２に戻る。これにより、運転領域が領域Ｃから外れない限り触媒１の温度Ｔｇは初期値Ｔ０まで下がることになる。

ステップＳ１４で運転領域が領域Ｃでない場合には、ステップＳ３に戻る。

上記の制御をまとめると以下のようになる。

まず運転領域を判定し（ステップＳ１）、運転領域が領域Ｃ以外、つまりこのまま運転を継続すると触媒１が許容温度Ｔｍａｘを超えてしまう運転領域であるときは、各運転領域毎に設定した温度変化代を用いて触媒１の温度Ｔｇを推定し（ステップＳ２〜Ｓ７）、触媒１の温度Ｔｇが許容温度Ｔｍａｘを超えた場合には触媒保護制御を実行して触媒１の温度Ｔｇを許容温度Ｔｍａｘに維持し（ステップＳ８〜Ｓ１０）、触媒保護制御中に運転領域が領域Ｃとなったら、運転領域が領域Ｃから外れず、かつ触媒１の温度Ｔｇが初期値Ｔ０より小さくならない限り温度変化代ΔＴ＝−Ｔｃとして触媒１の温度を推定し（ステップＳ１１〜Ｓ１５）、途中で運転領域が領域Ｃから外れたら再び温度変化代ΔＴを設定しなおして触媒１の温度を推定する（ステップＳ１４〜Ｓ３）。

この制御を行った場合の触媒保護カウンターの動きを図５に示す。

図５は縦軸が触媒の推定温度、横軸が時間である。

ｔ０〜ｔ１は運転領域が領域Ｃであるので触媒保護カウンタは始動しない。

ｔ１で運転領域が領域Ｂになると、触媒温度Ｔ０として触媒保護カウンターを始動し、温度変化代ΔＴ＝Ｔｂとして触媒１の温度を推定する。

ｔ２で運転領域が領域Ｂから領域Ｃに変わると、温度変化ΔＴをＴｂから−Ｔｃに変更して触媒１の温度Ｔｇの推定を行う。

ｔ３で運転領域が領域Ｃから領域Ａに変わると、温度変化ΔＴを−ＴｃからＴａに変更して触媒１の温度Ｔｇの推定を行う。

そしてｔ４で触媒１の温度が許容温度Ｔｍａｘを超えると、触媒保護制御を開始して、触媒１の温度Ｔｇを許容温度Ｔｍａｘに保つ。

ｔ４以降も同様に、運転領域に応じた温度変化代ΔＴを用いて触媒１の温度Ｔｇを推定する。

この方法によって触媒１の温度を推定することにより、過渡の運転領域の変化に対応した触媒１の温度の推定が可能となり、高排気温の運転領域に入った後、実際に触媒１の温度が許容温度を超えるタイミングを精度良く推定することができる。

これにより、従来のように高排気温の運転領域に入ってから触媒保護制御開始までのディレイ時間を一定値として設定する必要がなくなり、無駄な燃料増量によるＨＣ排出量の増加や、ディレイ時間を必要以上に長く設定することによる触媒温度の過度の上昇を防止することができる。

以上により本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

エンジン３の運転領域を運転状態、例えば排気温度に基づいて分割し、コントロールユニット９によっていずれの運転領域であるかを判定し、運転領域ごとに設定した温度変化代を用いて触媒１の温度を推定するので、触媒１の温度を精度良く推定することができる。

触媒１の温度の推定値が浄化性能を維持できる許容温度を超えた場合には、触媒１の温度の推定値が許容温度より低くなるように燃料噴射量を増量する触媒保護制御を行うので、触媒１の浄化性能を維持することができる。このとき、前述したように精度良く触媒１の温度を推定できるので、適確なタイミングで触媒保護制御を開始することができ、これにより無駄に燃料噴射量を増量することや、燃料増量の開始が遅れたことによって触媒１が過熱して浄化性能が劣化することを防止できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

本発明は、排気浄化用触媒の温度推定に適用可能である。

本実施形態のシステムの構成を表す図である。本実施形態の制御フローチャートである。運転領域マップである。運転領域ごとの温度変化代を表す図である。触媒温度推定値の推移の一例を表す図である。

符号の説明

１排気浄化用触媒
２排気温センサ
３エンジン
４排気通路
５吸気通路
６スロットルチャンバ
７エアフローメータ
８インジェクタ
９コントロールユニット
１０クランク角センサ

Claims

エンジンの排気通路に介装され、排気ガスを浄化する排気浄化用触媒の温度を推定する触媒温度推定装置において、
エンジンの運転状態に基づいて分割した運転領域のうち、いずれの運転領域であるかを判定する運転領域判定手段と、
運転領域ごとの排気浄化用触媒の温度変化率を設定する温度変化率設定手段と、
前記温度変化率設定手段により設定した温度変化率を用いて前記排気浄化用触媒の温度を推定する温度推定手段と、を備えることを特徴とする触媒温度推定装置。
前記温度推定手段は、前記温度変化率から単位時間あたりの温度変化代を算出し、前記温度変化代を積算することによって排気浄化用触媒の温度を推定する請求項１に記載の触媒温度推定装置。
前記運転領域判定手段は、エンジンの排気温度に基づいて運転領域を判定する請求項１または２に記載の触媒温度推定装置。
前記排気浄化用触媒の温度の推定値が所定値を超えた場合には、前記所定値より低くするための制御を行う触媒保護手段を備える請求項１〜３のいずれか一つに記載の触媒温度推定装置。
前記所定値は、前記排気浄化用触媒が排気浄化性能を維持できる上限の温度である請求項４に記載の触媒温度推定装置。
前記触媒保護手段は、前記排気浄化用触媒の温度の推定値を前記所定値より低くするために、燃料噴射量を増量する請求項４または５に記載の触媒温度推定装置。