JP2007107397A

JP2007107397A - 触媒温度の推定装置

Info

Publication number: JP2007107397A
Application number: JP2005296347A
Authority: JP
Inventors: Kikichi Asami; 記吉浅見; Manabu Niki; 学仁木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】触媒の温度を高い精度で推定する。
【解決手段】温度推定装置は、内燃機関の運転状態に応じて前記触媒の予測温度を与えるマップを記憶する記憶手段と、前記予測温度を補正する補正係数を内燃機関の吸入空気量に基づいて算出する手段と、予測温度にこの補正係数を適用して触媒の推定温度を求める推定手段と、を備える。エンジンの定常状態では、触媒の実温度は触媒に入ってくる空気の温度と同じになる。過渡状態では、流入空気の温度に対して実温度は遅れて推移する。この遅れは触媒に流れ込む空気量に応じて変化し、流入空気量が多いほど触媒温度は早く流入空気の温度に追いつく。このような知見に基づき、この発明では、吸気マニホールドの流入空気量に応じて、触媒温度の予測値に適用するなまし（スムージング、平滑化）係数を変更し、このなまし係数を適用して触媒の温度を推定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の触媒の温度を推定する装置に関する。

内燃機関（エンジン）において高負荷運転状態が継続すると排気系の触媒温度が高くなり、触媒の熱損、焼損を生じるおそれがある。特許文献１には、高負荷運転状態が一定時間以上継続すると、空燃比フィードバック制御を停止して、燃料の供給量を増やして気筒での燃焼温度を下げ、触媒の性能を維持することが記載されている。

また、特許文献２には、エンジン回転数および吸気管圧力に基づいてマップから触媒の予測温度を求め、これに補正係数を適用して推定温度を求め、この温度が所定値以上になると、触媒の熱による劣化を防止するため噴射燃料を増量することが記載されている。
特開昭53-8427号公報特許第3262157号公報

従来の技術は、触媒温度の推定は、触媒の熱による劣化を抑制するよう、触媒のピーク温度を低くすることを目的としているため、実際の温度よりも推定温度が早く推移する傾向がある。このため、触媒の温度が下降方向に向かうときには、推定温度の方が実温度よりも早く降下することがある。したがって、この推定温度をエンジンの休筒制御に使用すると、実温度が高いにもかかわらず、早く降下した推定温度に基づいて休筒が許可されてしまうおそれがある。触媒温度が高い状態で休筒を行うと、休筒されたバンクに空気が流れないので、触媒が高温に維持されて劣化が促進されるおそれがある。

上記の課題を解決するため、この発明の温度推定装置は、内燃機関の運転状態に応じて前記触媒の予測温度を与えるマップを記憶する記憶手段と、前記予測温度を補正する補正係数を内燃機関の吸入空気量に基づいて算出する手段と、予測温度にこの補正係数を適用して触媒の推定温度を求める推定手段と、を備える。

エンジンの定常状態では、触媒の実温度は触媒に入ってくる空気の温度と同じになる。過渡状態では、流入空気の温度に対して実温度は遅れて推移する。この遅れは触媒に流れ込む空気量に応じて変化し、流入空気量が多いほど触媒温度は早く流入空気の温度に追いつく。このような知見に基づき、この発明では、吸気マニホールドの流入空気量に応じて、触媒温度の予測値に適用するなまし（スムージング、平滑化）係数を変更し、このなまし係数を適用して触媒の温度を推定する。これにより、従来よりも精度の高い温度推定が可能になる。

この発明の一実施形態（請求項２）では、内燃機関は、常時稼働する気筒群と休筒する気筒群とに分割されており、前記推定された触媒温度が第１の所定温度より高いときに休筒を禁止し、休筒禁止状態において前記推定された触媒温度が第１の所定温度より低い第２の所定温度より低いとき休筒を許可する。

触媒温度を推定する演算に使用するなまし係数は、温度が下降しているときに精度がよくなるように設定し、実温度が十分下がっていない状態で気筒休止が実施されないようにする。こうして、触媒が気筒休止によって高温に維持されて劣化するのを防止することができる。

また、もう一つの実施形態では、推定された触媒温度が第２の所定温度を下回ってから所定時間が経過した後に休筒を許可する。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置の全体構成図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース１ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備える。メモリ１ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ１ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。

内燃機関（以下、「エンジン」という）２は、複数の気筒を備える。一例としてＶ型６気筒のエンジンが示されており、第１の気筒群（以下、第１のバンクと呼ぶ）２１は３つの気筒（＃１〜＃３）を備え、第２の気筒群（以下、第２のバンクと呼ぶ）２２も３つの気筒（＃４〜＃６）を備える。

エンジン２には、気筒休止機構２３が設けられている。気筒休止機構２３は、エンジン２の潤滑油を用いて油圧駆動される。気筒休止機構２３は、第１のバンク２１および第２のバンク２２の６つの気筒をすべて稼働させる全気筒運転と、第１のバンク２１の３つの気筒への燃料供給を停止する気筒休止運転との間で、エンジン２を切り換える。気筒休止運転を実施するときは、気筒休止機構２３により、第１のバンク２１の３つの気筒の吸気弁および排気弁が閉弁状態に維持される。

吸気管３は、スロットル弁４の下流で、第１のバンクに至る通路３ａと、第２のバンクに至る通路３ｂとに分岐する。さらに、通路３ａは、第１のバンクの気筒＃１〜＃３のそれぞれに至る通路に分岐し、通路３ｂは、第２のバンクの気筒＃４〜＃６のそれぞれに至る通路に分岐する。

燃料噴射弁５は、それぞれの気筒に至る通路に、気筒ごとに設けられる。図には、簡略化のため、１つの燃料噴射弁５のみが示されている。燃料噴射弁５は、図示しない燃料タンクから燃料の供給を受け、該燃料を噴射する。燃料噴射弁５の開弁時間は、ＥＣＵ１からの制御信号によって制御される。

吸気管３の上流側にはスロットル弁４が配されている。スロットル弁４に連結されたスロットル弁開度センサ（ＴＨ）６は、スロットル弁４の開度に応じた電気信号をＥＣＵ１に送る。スロットル弁４の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号によって制御される。スロットル弁４を介して取り込まれた空気は、吸気管３を通り、燃料噴射弁５から噴射される燃料と混合して各気筒に供給される。

スロットル弁４の上流には、エアフローメータ（ＡＦＭ）７が設けられている。エアフローメータ７は、スロットル弁４を通過する空気量を検出し、それをＥＣＵ１に送る。エアフローメータ７は、ベーン式エアフローメータ、カルマン渦式エアフローメータ、および熱線式エアフローメータ等であることができる。

吸気管圧力（Ｐｂ）センサ８および吸気温（Ｔａ）センサ９は、吸気管３のスロットル弁４の下流側に設けられており、吸気管圧力Ｐｂおよび吸気温ＴＡをそれぞれ検出してＥＣＵ１に送る。

エンジン水温（ＴＷ）センサ１１は、エンジン２のシリンダブロックの、冷却水が充満した気筒周壁（図示せず）に取り付けられ、エンジン冷却水の温度ＴＷを検出してＥＣＵ１に送る。

エンジン２には、クランク角（ＣＲＫ）センサ１２が設けられている。クランク角センサ１２は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ１に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（たとえば、３０度）で出力されるパルス信号である。ＥＣＵ１は、該ＣＲＫ信号に応じ、エンジン２の回転数ＮＥを算出する。さらに、ＴＤＣ信号が、ピストンのＴＤＣ位置に関連したクランク角度で出力され、ＥＣＵ１に送られる。

第１のバンクには排気管１５ａが連結されており、第１のバンクの気筒から排出されるガスは、該排気管１５ａに流入する。第２のバンクには排気管１５ｂが連結されており、第２のバンクの気筒から排出されるガスは、該排気管１５ｂに流入する。

排気管１５ａおよび１５ｂのそれぞれに、広域空燃比センサ（ＬＡＦ）センサ１６ａおよび１６ｂが設けられている。ＬＡＦセンサ１６ａおよび１６ｂは、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比領域において、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出する。検出された酸素濃度は、ＥＣＵ１に送られる。

ＬＡＦセンサ１６ａおよび１６ｂの下流には、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒装置１７ａおよび１７ｂがそれぞれ設けられている。Ｏ２（排ガス）センサ１８ａおよび１８ｂが、触媒装置１７ａおよび１７ｂの下流に設けられている。Ｏ２センサ１７ａおよび１７ｂは、２値型の排気ガス濃度センサである。Ｏ２センサ１８ａおよび１８ｂは、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき高レベルの信号を出力し、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき低レベルの信号を出力する。出力された電気信号は、ＥＣＵ１に送られる。

排気管１５ａおよび１５ｂは、Ｏ２センサ１８ａおよび１８ｂの下流にて、排気通路１５に合流する。排気通路１５に、さらなる触媒装置、ＬＡＦセンサおよびＯ２センサを設けてもよい。

車速（ＶＰ）センサ１９は、エンジン２が搭載された車両の速度ＶＰを検出してＥＣＵ１に送る。

各種センサからの入力信号はＥＣＵ１の入力インターフェース１ａに渡される。入力インターフェース１ａは、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を処理し、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って演算を実行し、車の各部のアクチュエータに送る制御信号を作り出す。この制御信号は出力インターフェース１ｄに送られ、出力インターフェース１ｄは、燃料噴射弁５などのアクチュエータに制御信号を送る。

図２は、この発明の一実施例の触媒温度推定装置の基本的な構成を示すブロック図である。図２を参照すると、触媒温度マップ検索部31は、エンジン回転数NEおよび吸気管内の絶対圧力PBに基づいて、予め用意されROMに格納されている触媒温度マップを参照して触媒温度の予測値であるマップ値TCTMを求める。この触媒温度TCTMの求め方は、前述の特許文献２に記載されている。

なまし（スムージング、平滑化）計算部33は、触媒温度マップ値TCTMを次の式にしたがってなまし演算して触媒温度の推定値TCTCSを求める。

TCTCS(i)=CSW * TCTM + (1-CSW) * TCTCS(i-1) (1)

ここで、CSWは、なまし係数であり、吸気管に設けられたエアフローセンサ35で検知される信号に従って求められる吸入空気量に基づいてテーブルを参照して求められる。このテーブルは、予め用意されROMに格納されており、たとえば図３に示すようななまし係数CSWを与える。

気筒休止禁止判定部39は、図４のフローチャートおよび図５の波形図を参照して説明するプロセスにより、触媒の熱による劣化を抑制する観点から気筒休止を禁止すべきかどうかを判定する。図４のフローチャートのプロセスは、所定の周期、たとえば10ミリ秒ごとに繰り返し実行される。

図４を参照すると、まず初期化フラグが１になっているかどうかを判断し（S11）、１になっていれば、初期化が必要なので、触媒温度の推定値を初期値に設定する。初期化フラグは、エンジンを始動するときに１にセットされる。触媒温度の初期化は、ECUの不揮発性メモリに記憶されている前回の走行終了時の温度と、24時間タイマとに基づいて求められる。この初期化方法は、従来より行われている。

以下のプロセスは、エンジンの２つのバンクのそれぞれについて実行される。初期化フラグが０であると、アイドル停止フラグが１になっているかどうかを判断する（S12）。このフラグが１になっていることは、このバンクについては、アイドリングが停止中で、流入空気量がゼロであることを示している。このときは、ステップS17に進み、吸入空気量GAIRTCを０にセットする。

アイドル停止フラグが０であれば、休筒フラグが１になっているかどうかを判断する（S13）。休筒フラグが１で気筒中止中であれば、このバンクの吸入空気量GAIRTCを０にセットする(S17)。休筒フラグが０で、全筒が稼働していることが示されると、このバンクの吸入空気量GAIRTCをエンジン全体の吸入空気量量GAIRAVEの１／２に設定する（S15）。

この吸入空気量GAIRTCに基づいて図３に示したなまし係数のテーブルを参照して、GAIRTCに対応するなまし係数CSWを求める（S21）。次いで、上に示した(1)式にしたがってなまし計算を実行して触媒温度の推定値TCTCSを求める（S23）。

次のステップS25以降の処理を図５を参照して説明する。触媒の推定温度TCTCSが（A）に第１の温度として示す第１の所定値を越えると、タイマが設定され（S29）、気筒休止禁止フラグが１にセットされ（S33）、気筒休止が禁止される。図４のプロセスは、所定の周期で繰り返されるが、触媒の推定温度TCTCSが降下して（A）に第２の温度として示す第２の所定値以下になると（S25の判断がYes）、これに応じて（B）に示す所定の時間DD、たとえば１秒、に設定されるタイマ（ダウンカウントする）が０になったかどうかを判断し（S27）、ゼロになっていると、気筒休止禁止フラグを０にセットして、禁止を解除する。時間DDが経過するまでは、気筒休止禁止フラグを１のままとし（S33）、気筒休止を禁止する。

このようにして、触媒の推定温度が第１の所定値を超えて上昇したときは、気筒休止を禁止し、触媒の推定温度がこれより低い第２の所定値以下になってから、気筒休止の禁止を解除する。これにより、触媒の実温度が十分下がってから、気筒休止の禁止が解除される。したがって、触媒の実温度が高い状態で気筒休止が行われることがなくなり、触媒の高温状態が継続するのを抑制することができる。

以上にこの発明を一実施例について説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではない。

この発明が適用されるエンジンの全体的な構成を示す図。この発明の一実施例の装置を機能ブロックで示す図。バンクの吸入空気量に基づいてなまし係数を与えるテーブルを示す図。この発明の一実施例における処理の流れを示すフローチャート。触媒の推定温度TCTCSと気筒休止禁止との関係を示す波形図。

符号の説明

３１触媒温度マップ検索部
３３なまし計算部
３７なまし係数テーブル
３９気筒休止禁止判定部

Claims

内燃機関の排気系に設けられた触媒の温度を推定する装置であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記触媒の予測温度を与えるマップを記憶する記憶手段と、
前記予測温度を補正する補正係数を前記内燃機関の吸入空気量に基づいて算出する手段と、
前記予測温度に前記補正係数を適用して前記触媒の推定温度を求める推定手段と、
を備える、触媒温度の推定装置。
前記内燃機関は、常時稼働する気筒群と休筒する気筒群とに分割されており、前記推定された触媒温度が第１の所定温度より高いときに休筒を禁止し、休筒禁止状態において前記推定された触媒温度が前記第１の所定温度より低い第２の所定温度より低いとき休筒を許可する、請求項１の推定装置を用いた、内燃機関の制御装置。
前記推定された触媒温度が前記第２の所定温度を下回ってから所定時間が経過した後に休筒を許可する、請求項２に記載の制御装置。