JP2007327475A - 内燃機関の触媒代表温度取得装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の触媒代表温度取得装置に関し、触媒の劣化状態に応じた、適切な触媒代表温度を求めることを目的とする。
【解決手段】内燃機関の排気通路に、排気を浄化する触媒４０が配置されている。触媒４０の内部を、上流側から下流側まで複数の部位に分ける。それらの各部位の温度を求め、何れかの部位の温度を代表温度とする。触媒４０が劣化していないときには、上流側の部位で主に触媒反応が生ずるため、上流側の部位の温度を代表温度とする。触媒４０が劣化するに従い、主に触媒反応の生ずる部位が、下流側に移行していく。この現象を考慮して、触媒４０の劣化が進んでいる場合ほど、より出口に近い部位の温度を代表温度とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒の代表温度を求める触媒代表温度取得装置に関する。

内燃機関の排気ガスを浄化するため、例えば三元触媒やＮＯｘ触媒などの触媒を排気通路に設置することが広く行われている。触媒の浄化性能を十分に引き出すためには、触媒の状態、例えば硫黄被毒量、ＮＯｘ吸蔵量、酸素吸蔵容量、劣化度合い等を精度良く管理して、内燃機関の運転状態を制御することが重要である。触媒の状態は、触媒の温度と深く関係している。そこで、触媒の状態を管理するために、触媒を代表する温度に基づいて、内燃機関の種々のエンジンパラメータの値を制御することが行われている。

特開２００５−１２７２８５号公報には、触媒入口の排気ガス温度と触媒出口の排気ガス温度とをセンサでそれぞれ計測し、出口の方の重み付けを大きくしてその両者を加重平均した値を逐次算出し、今回の算出値と前回の算出値とを加重平均した値を触媒の代表温度とする触媒代表温度推定方法が開示されている。

特開２００５−１２７２８５号公報 特表２００３−５０３６２２号公報 特開平１０−１５９５４３号公報 特開平１０−１９６４３３号公報

ところで、内燃機関に用いられる触媒は、経年（運転時間の累積）に伴い、徐々に劣化していく。本発明者らの知見によれば、触媒内部の温度は必ずしも均一ではなく、また、触媒が劣化するに従い、触媒内部の温度分布の様子は変化していく。上記従来の技術では、このような事情が考慮されていないため、触媒が劣化するにつれて、不適切な代表温度、つまり触媒の状態を正確に反映していない代表温度が推定されてしまう。そのような不適切な代表温度を基礎として内燃機関を制御すると、エミッションが悪化したり、触媒の劣化を更に進行させたりする。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒の劣化状態に応じた、適切な触媒代表温度を求めることのできる内燃機関の触媒代表温度取得装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の触媒代表温度取得装置であって、
内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒を複数の部位に分け、その部位毎の触媒温度を検出または推定する触媒温度取得手段と、
少なくとも一つの前記部位の触媒温度に基づいて、前記触媒の代表温度を決定する代表温度決定手段と、
前記触媒の劣化状態を検出または推定する触媒劣化状態取得手段と、
を備え、
前記代表温度決定手段は、前記劣化状態に応じて、前記代表温度の決定方法を変更する決定方法変更手段を含むことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記代表温度決定手段は、前記複数の部位から選択される一つの選択部位の触媒温度を前記代表温度として決定するものであり、
前記決定方法変更手段は、前記劣化状態に応じて前記選択部位を変更することを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記決定方法変更手段は、前記触媒の劣化が進んでいる場合ほど、前記触媒の出口に近い部位を前記選択部位とすることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記代表温度決定手段は、前記各部位の触媒温度を加重平均することで前記代表温度を算出するものであり、
前記決定方法変更手段は、前記劣化状態に応じて前記部位毎の重みを変更することを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記決定方法変更手段は、前記触媒の劣化が進んでいる場合ほど、重みを最も大きくする部位を前記触媒の出口に近い部位とすることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１の発明において、
前記決定方法変更手段は、前記劣化状態に応じて、前記各部位を劣化部位と非劣化部位とに判別し、
前記代表温度決定手段は、前記非劣化部位と判別された部位のうちの少なくとも一つの触媒温度に基づいて前記代表温度を決定することを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記触媒劣化状態取得手段は、前記触媒の下流の空燃比、ＨＣ濃度もしくは排気ガス温度、または前記触媒のＮＯｘ吸蔵容量もしくは酸素吸蔵容量を検出または推定する手段を含み、その検出または推定された値に基づいて前記劣化状態を判断することを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記触媒劣化状態取得手段は、前記部位毎の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、前記劣化状態を判断することを特徴とする。

また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記決定方法変更手段は、前記劣化状態に応じて、触媒反応が多く生ずる部位の触媒温度ほど寄与度が大きく、触媒反応が少ない部位の触媒温度ほど寄与度が小さくなるように、前記代表温度の決定方法を変更することを特徴とする。

第１の発明によれば、触媒の内部を複数の部位に分け、その部位毎に求められた触媒温度の少なくとも一つに基づいて触媒の代表温度を決定することができる。その際、触媒の劣化状態に応じて、代表温度の決定方法を変更することができる。触媒は、劣化が進むに従い、内部の温度分布や、触媒反応が最も多く生ずる部分の位置が変化していく。このため、触媒を代表するのにふさわしい温度の取り方は、触媒の劣化状態によって、異なったものとなる。第１の発明によれば、そのような事情を反映させることができるので、触媒の劣化度合いにかかわらず、常に、正確かつ適切な代表温度を定めることができる。その結果、触媒の状態、例えば硫黄被毒量、ＮＯｘ吸蔵量、酸素吸蔵量、劣化度合いなどの推定精度を向上することができる。よって、触媒の排気浄化能力を最大限に引き出すように内燃機関を制御することが可能となり、排気エミッションを低減することができる。

第２の発明によれば、複数の部位から選択される一つの選択部位の触媒温度を代表温度として決定する場合において、劣化状態に応じて上記選択部位を変更することができる。これにより、触媒の劣化状態に応じて、触媒を代表するのに適した部位の温度を代表温度とすることができる。

第３の発明によれば、触媒の劣化が進んでいる場合ほど、触媒の出口に近い部位を上記選択部位とすることができる。触媒の劣化が進むにつれて、触媒反応が最も多く生ずる部位は出口側に近い部位へと移行していく。第３の発明によれば、その現象に対応して、触媒の劣化が進んでいる場合ほど、出口に近い部位の触媒温度を代表温度として決定することができる。よって、触媒の劣化度合いにかかわらず、触媒反応が最も多く生ずる部位、つまり触媒を代表するのに最もふさわしい部位の触媒温度を代表温度として決定することができる。

第４の発明によれば、各部位の触媒温度を加重平均することで代表温度を算出する場合において、劣化状態に応じて部位毎の重みを変更することができる。これにより、触媒の劣化状態に応じた重み付けを各部位の触媒温度に施すことができるので、適正な代表温度を求めることができる。

第５の発明によれば、触媒の劣化が進んでいる場合ほど、重みを最も大きくする部位を触媒の出口に近い部位とすることができる。触媒の劣化が進むにつれて、触媒反応が最も多く生ずる部位は出口側に近い部位へと移行していく。第５の発明によれば、その現象に対応して、触媒の劣化が進んでいる場合ほど、出口に近い部位の重みを大きくして、代表温度を算出することができる。よって、触媒の劣化度合いにかかわらず、触媒反応が最も多く生ずる部位、つまり触媒を代表するのに最もふさわしい部位の触媒温度を最も大きく反映させることができるので、適切な代表温度を求めることができる。また、他の部位の触媒温度についても、エミッション等への寄与度に応じた重みを付けて代表温度に算入することができる。このため、より適切な代表温度を求めることができる。

第６の発明によれば、劣化状態に応じて各部位を劣化部位と非劣化部位とに判別し、非劣化部位と判別された部位のうちの少なくとも一つの触媒温度に基づいて代表温度を決定することができる。つまり、劣化した部位を除外して、劣化していない部位の触媒温度のみを基礎として代表温度を算出することができる。このため、触媒の劣化度合いにかかわらず、適切な代表温度を求めることができる。

第７の発明によれば、触媒の下流の空燃比、ＨＣ濃度もしくは排気ガス温度、または触媒のＮＯｘ吸蔵容量もしくは酸素吸蔵容量を検出または推定し、その検出または推定された値に基づいて劣化状態を判断することができる。これにより、触媒の劣化状態を精度良く判断することができる。

第８の発明によれば、部位毎の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、劣化状態を判断することができる。これにより、触媒の劣化状態を精度良く判断することができる。

第９の発明によれば、劣化状態に応じて、触媒反応が多く生ずる部位の触媒温度ほど寄与度が大きく、触媒反応が少ない部位の触媒温度ほど寄与度が小さくなるように、代表温度を決定することができる。これにより、触媒の劣化度合いにかかわらず、触媒反応が最も多く生ずる部位、つまり触媒を代表するのに最もふさわしい部位の触媒温度の寄与度を最も大きくすることができる。よって、触媒の劣化度合いにかかわらず、適切な代表温度を求めることができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、例えば車両の動力源とされているものとする。内燃機関１０の気筒数や気筒配置は、特に限定されるものではない。

内燃機関１０の気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２には、吸入空気量GAを検出するエアフローメータ１６が配置されている。エアフローメータ１６の下流には、スロットル弁１８が配置されている。スロットル弁１８は、アクセル開度等に基づいてスロットルモータ２０により駆動される電子制御式のバルブである。スロットル弁１８の近傍には、スロットル開度を検出するためのスロットルポジションセンサ２２が配置されている。アクセル開度は、アクセルペダルの近傍に設けられたアクセルポジションセンサ２４によって検出される。

内燃機関１０の気筒には、吸気ポートの内に燃料を噴射するための燃料噴射弁２６が配置されている。なお、内燃機関１０は、図示のようなポート噴射式のものに限らず、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁を備えたものであってもよい。内燃機関１０の気筒には、更に、吸気弁２８、点火プラグ３０、および排気弁３２が設けられている。

なお、本発明における内燃機関は、内燃機関１０のような火花点火式のものに限らず、圧縮着火式のものであってもよい。

内燃機関１０のクランク軸３６の近傍には、クランク軸３６の回転角を検出するためのクランク角センサ３８が取り付けられている。クランク角センサ３８の出力によれば、クランク軸３６の回転位置や機関回転数NE（機関回転速度）などを検知することができる。

内燃機関１０の排気通路１４の途中には、排気ガスを浄化するための触媒４０が設けられている。触媒４０の種類は特に限定されず、例えば、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒、酸化触媒など、いかなるものでもよい。また、触媒４０の上流側や下流側に他の触媒が配置されていてもよい。

触媒４０の出口側（下流側）の排気通路１４には、酸素センサ４２が設置されている。酸素センサ４２は、触媒４０の出口の排気空燃比が理論空燃比よりリッチであるかリーンであるかに応じて急変する出力を発する。あるいは、酸素センサ４２は、触媒４０の出口の排気空燃比に応じてリニアに変化する出力を発するものでもよい。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御することができる。

［実施の形態１の特徴］
図２および図３は、それぞれ、本実施形態において触媒４０の代表温度を求める方法を説明するための図である。図２は、触媒４０が新品に近い場合（劣化していない場合）を示しており、図３は、触媒４０の劣化がある程度進行した場合を示している。

図２および図３に示すように、本実施形態では、代表温度を求めるに際して、まず、触媒４０の内部を、上流側（入口側）から下流側（出口側）まで複数の部位（領域）に分けて、その各部位の温度（床温）を求めることとした。本実施形態では、上流側から順に、１番〜５番の５つの部位に分けることとした。なお、本発明では、分ける部位の数は５つに限らず、いくつでもよい。

部位毎の触媒温度を求める方法としては、温度センサを用いて直接に検出してもよく、あるいは、他の情報に基づいて推定するようにしてもよい。本実施形態においては、温度センサ（図示省略）が各部位にそれぞれ取り付けられており、それらの温度センサによって部位毎の触媒温度を求めるものとする。

また、本実施形態では、図２および図３に示すように、各部位の後端付近の温度を、その部位の温度とする。以下では、１番〜５番の各部位の温度をそれぞれＴ_１〜Ｔ_５とする。

（触媒４０が新品に近い場合）
まず、触媒４０が新品に近い場合について説明する。触媒４０が新品に近い状態のときには、触媒４０に排気ガスが流入すると、入口付近の部位ですぐに触媒反応（浄化反応）が生ずる。そして、その触媒反応によって排気ガス中の有害成分はほとんど消滅するので、それより下流側の部位では触媒反応はあまり生じない。このため、図２に示すように、主として１番の部位で触媒反応が生ずる。

触媒反応が生じた１番の部位では、その反応熱により、温度（Ｔ_１）が上昇する。そして、触媒４０の内部においては、構成部材中（担体中）を熱が移動する熱伝導の作用や、排気ガスの流れによって熱が伝わる熱伝達の作用により、上流側の部位から下流側の部位に向かって伝熱が生ずる。つまり、１番の部位から２番以下の部位へと熱が伝わる。このため、２番〜５番の部位の温度（Ｔ_２〜Ｔ_５）も上昇する（図２参照）。なお、図２に示す例では、Ｔ_１〜Ｔ_５が何れもほぼ同じ温度となっているが、これは一例であり、必ずしもこのようになるとは限らない。

（触媒４０の劣化がある程度進行した場合）
触媒反応が生じている部位は、高温になり易いため、徐々に劣化していく。ここで、劣化とは、例えば、酸素吸蔵容量(ＯＳＣ：Oxygen Storage Capacity)やＮＯｘ吸蔵容量などの、浄化能力が低下することを言う。前述したように、触媒反応は、上流側の部位ほど生じ易い。このため、触媒４０の劣化は、上流側の部位から順に進行していく。

図３は、２番の部位まで劣化が進行した状態を示している。この状態では、１番と２番の部位では、触媒反応があまり生じない。このため、１番と２番の部位の温度（Ｔ_１、Ｔ_２）は、あまり上昇しない。１番と２番の部位で浄化されなかった有害成分は、３番の部位に到達する。これにより、主として３番の部位で触媒反応が生ずる。その結果、３番の部位の温度（Ｔ_３）が上昇する。そして、３番の部位の熱が４番および５番の部位へ伝わることにより、４番および５番の部位の温度（Ｔ_４、Ｔ_５）も上昇する（図３参照）。なお、図３に示す例では、Ｔ_３〜Ｔ_５が何れもほぼ同じ温度となっているが、これは一例であり、必ずしもこのようになるとは限らない。

以上のような事情から、触媒４０が劣化するに従い、その内部の温度分布の様子は、新品時と比べて変化していく。このため、各部位の温度に基づいて触媒４０の代表温度を決定するに際しては、その決定の仕方によって、代表温度の値が大きく異なることになる。

触媒４０の劣化した部分では、触媒反応があまり起こらなかったり、ＮＯｘが吸蔵されにくくなったりしている。このため、劣化した部位の温度は、エミッションに及ぼす影響が少ないため、代表温度とするには不適切であると言える。逆に、触媒反応が最も多く生じている部位の温度は、エミッションに及ぼす影響が最も大きい。よって、代表温度とするのに最もふさわしいのは、触媒反応が最も多く生じている部位の温度であると言える。一方、触媒反応が最も多く生ずる部位は、上述したように、触媒４０の劣化状態によって異なる。そこで、本実施形態では、１番〜５番の部位から選択される一つの部位の触媒温度を代表温度とするとともに、その選択される部位を、触媒４０の劣化状態に応じて変更することとした。

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンによれば、まず、触媒４０の酸素吸蔵容量が測定される（ステップ１００）。触媒４０の劣化が進行するほど、酸素吸蔵容量は小さくなる。そこで、本実施形態では、酸素吸蔵容量を指標として、触媒４０の劣化状態を判断することとしている。

上記ステップ１００において、酸素吸蔵容量は、公知の手法により測定することができる。例えば、次のようにして測定することができる。
(1)まず、排気空燃比を意図的にリッチに維持する。
(2)触媒４０の下流に位置する酸素センサ４２の出力がリッチ出力に反転したら、その時点で触媒４０内のすべての酸素が放出されたと判断すると共に、排気空燃比をリーンに反転させる。
(3)リーンに設定された排気ガス中の余剰酸素量を積算しつつ、酸素センサ４２の出力がリーン出力に反転するのを待つ。
(4)リーン出力への反転が検知された時点で算出されていた余剰酸素量の積算値を、触媒４０の酸素吸蔵容量とする。

上記ステップ１００で酸素吸蔵容量が測定されたら、次に、その酸素吸蔵容量から定まる劣化状態に応じて、代表温度を決定するための部位が選択される（ステップ１０２）。例えば、酸素吸蔵容量が新品時の値と比べてほとんど低下してない場合には、触媒４０がほとんど劣化していないと判断できる。この場合には、１番の部位が選択部位とされる。一方、酸素吸蔵容量が新品時と比べて低下している場合には、触媒４０の劣化が認められる。そこで、この場合には、２番〜５番の何れかが選択部位とされる。このとき、酸素吸蔵容量の値が小さい場合ほど、２番〜５番のうちで、より出口に近い部位が選択部位とされる。

上記ステップ１０２で選択部位が決定されたら、その選択部位の触媒温度が代表温度として決定される（ステップ１０４）。つまり、選択部位に応じて、Ｔ_１〜Ｔ_５の何れかが代表温度とされる。このようにして代表温度が決定されると、その代表温度に基づいて、内燃機関１０の運転状態が制御される。すなわち、触媒４０の代表温度に基づいて、各エンジンパラメータ（例えば、空燃比A/F、点火時期SA、燃料噴射量、バルブタイミング等）が変更される。

前述したように、触媒４０の劣化が進むにつれて、触媒反応が最も多く生ずる部位は出口側に近い部位へと移行していく。以上説明した図４に示すルーチンの処理によれば、その現象に対応して、触媒４０の劣化が進んでいる場合ほど、出口に近い部位の触媒温度を代表温度として決定することができる。つまり、触媒４０の劣化度合いにかかわらず、触媒反応が最も多く生ずる部位の触媒温度を代表温度として決定することができる。このため、触媒４０の劣化度合いにかかわらず、常に、正確かつ適切な代表温度を定めることができる。その結果、図１に示すシステムにおいて、触媒４０の状態、例えば硫黄被毒量、ＮＯｘ吸蔵量、酸素吸蔵量、劣化度合いなどを推定する上で、その推定精度を向上することができる。よって、触媒４０の排気浄化能力を最大限に引き出すように内燃機関１０を制御することが可能となり、排気エミッションを低減することができる。

なお、上述した実施の形態１においては、各部位の触媒温度を温度センサにより直接に検出するものとして説明したが、本発明では、各部位の触媒温度を推定によって求めるようにしてもよい。以下、各部位の触媒温度を推定する場合に用いることのできる触媒温度推定モデルの一例について簡単に説明する。以下に説明する触媒温度推定モデルでは、まず、触媒温度を上昇させる要因として、触媒４０に流入するエネルギー量が算出される。触媒４０に流入するエネルギーとは、排出ガス自体が持つ熱エネルギーや、排出ガス中に含まれる未燃成分が持つ熱量などである。触媒４０に流入するエネルギー量は、内燃機関１０の運転状態（機関回転数NE、負荷、空燃比A/F、点火時期SA等）に基づいて、公知の手法により算出することができる。次いで、触媒温度推定モデルでは、触媒温度を下降させる要因として、走行風などの影響による触媒４０からの放熱量が算出される。触媒４０からの放熱量は、外気温や車速などに基づいて、公知の手法により算出することができる。また、触媒温度推定モデルでは、触媒内部での伝熱量が算出される。触媒４０の内部においては、前述したように、熱伝導や熱伝達の作用により、上流側の部位から下流側の部位に向かって、熱が順次伝わっていく。このような伝熱量は、公知の伝熱モデルにより、算出することができる。触媒温度推定モデルでは、以上の各算出値に基づいて、触媒４０の各部位毎の推定温度を算出することができる。更に、触媒４０の出口の排気ガス温度（以下、「出口ガス温度」と称する）を検出する排気温センサを設け、出口ガス温度の検出値に基づいて、各部位の推定温度を次のように補正するようにしてもよい。上記排気温センサによれば、触媒４０の出口ガス温度を直接に検出することができる。一方、最も下流側に位置する５番の部位の推定温度と、内燃機関１０の運転状態とを基礎とすれば、触媒４０の出口ガス温度の推定値を算出することが可能である。そして、その出口ガス温度の推定値と、上記排気温センサで検出された実測値との偏差は、触媒温度推定モデルに重畳している誤差に相当するものであると判断できる。そこで、出口ガス温度の実測値と推定値との偏差に所定の補正係数を乗じた値を、触媒温度推定モデルによって算出された各部位の推定温度に加えることにより、最終的な推定温度を算出する。これにより、触媒４０の各部位毎の温度を推定で求める場合において、触媒温度推定モデルに重畳している誤差を精度良く補正することができ、高い推定精度が得られる。

また、上述した実施の形態１においては、触媒４０の下流の空燃比A/Fに基づいて測定される酸素吸蔵容量を指標として劣化状態を判断しているが、本発明における劣化状態の判断手法はこれに限定されるものではない。すなわち、触媒４０の下流の空燃比A/Fや触媒４０の酸素吸蔵容量に限らず、触媒４０の下流のＨＣ濃度や排気ガス温度、触媒４０のＮＯｘ吸蔵容量などを検出または推定し、その検出または推定された値に基づいて劣化状態を判断するようにしてもよい。また、触媒４０の各部位の温度の少なくとも一つに基づいて劣化状態を判断するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、触媒４０の各部位に取り付けられた温度センサの信号に基づいて各部位の触媒温度を検出することにより前記第１の発明における「触媒温度取得手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第１および第２の発明における「代表温度決定手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「触媒劣化状態取得手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１、第２および第３の発明における「決定方法変更手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、前述した図４に示すルーチンに代えて後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
図５および図６は、それぞれ、本実施形態において触媒４０の代表温度を求める方法を説明するための図である。図５は、前述した図２と同様に、触媒４０が新品に近い場合を示している。図６は、前述した図３と同様に、触媒４０の劣化がある程度進行した場合を示している。本実施形態では、１番〜５番の各部位の触媒温度を加重平均することにより、代表温度を算出することとした。図５および図６中の下段の図は、各部位毎の重みＷ_１〜Ｗ_５の値を示している。本実施形態において、代表温度Ｔ_repは、各部位の温度Ｔ_１〜Ｔ_５にそれぞれの重みＷ_１〜Ｗ_５を乗じて足し合わせた値を部位数（本実施形態では５）で除することにより算出される加重平均値とされるものとする。つまり、本実施形態の代表温度Ｔ_repは、下記式で表される。
Ｔ_rep＝（ΣＴ_ｎＷ_ｎ）/５ ・・・（１）

（触媒４０が新品に近い場合の重みＷ）
図５に示すように、触媒４０が新品に近い場合には、１番〜５番の各部位の重みＷ_１〜Ｗ_５は、何れもほぼ同じ大きさとされている。

（触媒４０の劣化がある程度進行した場合の重みＷ）
図６に示すように、触媒４０の劣化がある程度進行した場合には、劣化した部位、すなわち触媒反応があまり生じなくなった部位（ここでは１番および２番）の重みＷ_１およびＷ_２が小さくされている。一方、触媒反応が最も多く生ずる３番の部位の重みＷ_３は、最も大きくされている。そして、３番より下流側の４番、５番の部位の重みＷ_４，Ｗ_５は、３番よりも段々に小さくなるようにされている。

本実施形態では、触媒４０の劣化状態に応じて、各部位の重みＷを上記のように設定することにより、触媒反応が最も多く生じている部位の温度を、最も大きく代表温度に反映させることができる。このため、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、他の部位の触媒温度についても、エミッションへの寄与度に応じた重みを付けて代表温度に算入することができる。このため、更に適切な代表温度を求めることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図７において、図４に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図７に示すルーチンによれば、まず、実施の形態１と同様にして、触媒４０の酸素吸蔵容量が測定される（ステップ１００）。次に、その酸素吸蔵容量から定まる劣化状態に応じて、各部位の重みＷ_１〜Ｗ_５が決定される（ステップ１０６）。例えば、酸素吸蔵容量が新品時の値と比べてほとんど低下してない場合、つまり触媒４０がほとんど劣化していない場合には、図５に示すように、Ｗ_１〜Ｗ_５が何れもほぼ同じ大きさに決定される。あるいは、最も多く触媒反応が生ずる１番の部位の重みＷ_１を最も大きくし、それより下流側の部位の重みを小さくするようにしてもよい。一方、酸素吸蔵容量が新品時と比べて低下している場合、つまり触媒４０の劣化が認められる場合には、図６に例示されるようにして各部位の重みＷ_１〜Ｗ_５が設定される。この場合には、２番〜５番の何れかの部位の重みが最も大きくなるように設定される。そして、重みを最も大きくする部位は、酸素吸蔵容量の値が小さいほど、つまり劣化が進んでいる場合ほど、より出口に近い部位とされる。

上記ステップ１０６で各部位の重みＷ_１〜Ｗ_５が決定されたら、その重みＷ_１〜Ｗ_５を用いて各部位の触媒温度Ｔ_１〜Ｔ_５を加重平均して、代表温度が算出される（ステップ１０８）。つまり、上記（１）式に基づいて代表温度が算出される。

以上説明した図７に示すルーチンの処理によれば、触媒４０の劣化度合いにかかわらず、触媒反応が最も多く生ずる部位の触媒温度を最も大きく代表温度に反映させることができる。このため、触媒４０の劣化度合いにかかわらず、常に、正確かつ適切な代表温度を定めることができる。また、他の部位の触媒温度についても、エミッションへの寄与度に応じた重みを付けて代表温度に算入することができる。このため、より適切な代表温度を求めることができる。その結果、図１に示すシステムにおいて、触媒４０の状態、例えば硫黄被毒量、ＮＯｘ吸蔵量、酸素吸蔵量、劣化度合いなどを推定する上で、その推定精度を更に向上することができる。

なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０６および１０８の処理を実行することにより前記第１および第４の発明における「代表温度決定手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１、第４および第５の発明における「決定方法変更手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、前述した図４に示すルーチンに代えて後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態３の特徴］
図８および図９は、それぞれ、本実施形態において触媒４０の代表温度を求める方法を説明するための図である。図８は、前述した図２と同様に、触媒４０が新品に近い場合を示している。図９は、前述した図３と同様に、触媒４０の劣化がある程度進行した場合を示している。本実施形態では、触媒４０の劣化状態に応じて、１番〜５番の各部位を劣化部位と非劣化部位（正常部位）とに判別し、非劣化部位と判別された部位の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、代表温度を算出することとした。

図８に示すように、触媒４０が新品に近い場合には、１番〜５番の各部位は、何れも、非劣化部位と判定される。そこで、１番〜５番の各部位の温度Ｔ_１〜Ｔ_５の少なくとも一つに基づいて、代表温度を求めることとする。一方、図９に示すように、２番の部位まで劣化が進行していると判断される場合には、３番，４番および５番の部位が非劣化部位と判定される。そこで、３番〜５番の各部位の温度Ｔ_３〜Ｔ_５の少なくとも一つに基づいて、代表温度を求めることとする。

［実施の形態３における具体的処理］
図１０は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図１０において、図４に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１０に示すルーチンによれば、まず、実施の形態１と同様にして、触媒４０の酸素吸蔵容量が測定される（ステップ１００）。次に、その酸素吸蔵容量から定まる劣化状態に応じて、各部位が劣化部位と非劣化部位とに判別される（ステップ１１０）。例えば、酸素吸蔵容量が新品時の値と比べてほとんど低下してない場合、図８に示すように、１番〜５番の何れの部位も非劣化部位であると判定される。一方、酸素吸蔵容量が新品時と比べて低下している場合には、図９に例示されるように、上流側の部位から劣化が進行しているものと判断できる。そこで、何れかの部位以降の部位は非劣化部位と判定され、それより上流側の部位は劣化部位と判定される。この場合、酸素吸蔵容量の値が小さいほど、非劣化部位の数が少なく判定される。

上記ステップ１１０で劣化部位と非劣化部位とが判定されたら、非劣化部位の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、代表温度が算出される（ステップ１１２）。例えば、次のうちの何れかの方法により、代表温度を求めることができる。
(1)全部の非劣化部位の触媒温度の平均値（単純平均でも加重平均でもよい）を代表温度とする。
(2)非劣化部位のうちの所定の一つの部位（例えば、最も上流側の部位）の触媒温度を代表温度とする。
(3)非劣化部位のうちから選択される一部（但し複数）の部位の触媒温度の平均値（単純平均でも加重平均でもよい）を代表温度とする。

以上説明した図１０に示すルーチンの処理によれば、触媒４０の劣化部位の触媒温度を除外して、非劣化部位の触媒温度のみに基づいて代表温度を求めることができる。このため、触媒４０の劣化度合いにかかわらず、常に、正確かつ適切な代表温度を定めることができる。このため、実施の形態１と同様の効果が得られる。すなわち、触媒４０の状態、例えば硫黄被毒量、ＮＯｘ吸蔵量、酸素吸蔵量、劣化度合いなどを推定する上で、その推定精度を更に向上することができる。

なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記第１および第６の発明における「代表温度決定手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１および第６の発明における「決定方法変更手段」が、それぞれ実現されている。

以上、本発明の実施の形態１乃至３について説明したが、本発明における触媒代表温度の決定方法は、実施の形態１乃至３の方法に限定されるものではない。すなわち、本発明における触媒代表温度の決定方法は、触媒の劣化状態に応じて、触媒反応が多く生ずる部位の触媒温度ほど寄与度が大きく、触媒反応が少ない部位の触媒温度ほど寄与度が小さくなるように、代表温度の決定方法を変更するようにするものであれば、実施の形態１乃至３の方法に限らず、いかなる方法であってもよい。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 実施の形態１において触媒の代表温度を求める方法を説明するための図である。 実施の形態１において触媒の代表温度を求める方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 実施の形態２において触媒の代表温度を求める方法を説明するための図である。 実施の形態２において触媒の代表温度を求める方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 実施の形態３において触媒の代表温度を求める方法を説明するための図である。 実施の形態３において触媒の代表温度を求める方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１８ スロットル弁
２６ 燃料噴射弁
３０ 点火プラグ
４０ 触媒
４２ 酸素センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (9)

1. 内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
   前記触媒を複数の部位に分け、その部位毎の触媒温度を検出または推定する触媒温度取得手段と、
   少なくとも一つの前記部位の触媒温度に基づいて、前記触媒の代表温度を決定する代表温度決定手段と、
   前記触媒の劣化状態を検出または推定する触媒劣化状態取得手段と、
   を備え、
   前記代表温度決定手段は、前記劣化状態に応じて、前記代表温度の決定方法を変更する決定方法変更手段を含むことを特徴とする内燃機関の触媒代表温度取得装置。
2. 前記代表温度決定手段は、前記複数の部位から選択される一つの選択部位の触媒温度を前記代表温度として決定するものであり、
   前記決定方法変更手段は、前記劣化状態に応じて前記選択部位を変更することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒代表温度取得装置。
3. 前記決定方法変更手段は、前記触媒の劣化が進んでいる場合ほど、前記触媒の出口に近い部位を前記選択部位とすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の触媒代表温度取得装置。
4. 前記代表温度決定手段は、前記各部位の触媒温度を加重平均することで前記代表温度を算出するものであり、
   前記決定方法変更手段は、前記劣化状態に応じて前記部位毎の重みを変更することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒代表温度取得装置。
5. 前記決定方法変更手段は、前記触媒の劣化が進んでいる場合ほど、重みを最も大きくする部位を前記触媒の出口に近い部位とすることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の触媒代表温度取得装置。
6. 前記決定方法変更手段は、前記劣化状態に応じて、前記各部位を劣化部位と非劣化部位とに判別し、
   前記代表温度決定手段は、前記非劣化部位と判別された部位のうちの少なくとも一つの触媒温度に基づいて前記代表温度を決定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒代表温度取得装置。
7. 前記触媒劣化状態取得手段は、前記触媒の下流の空燃比、ＨＣ濃度もしくは排気ガス温度、または前記触媒のＮＯｘ吸蔵容量もしくは酸素吸蔵容量を検出または推定する手段を含み、その検出または推定された値に基づいて前記劣化状態を判断することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の触媒代表温度取得装置。
8. 前記触媒劣化状態取得手段は、前記部位毎の触媒温度の少なくとも一つに基づいて、前記劣化状態を判断することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の触媒代表温度取得装置。
9. 前記決定方法変更手段は、前記劣化状態に応じて、触媒反応が多く生ずる部位の触媒温度ほど寄与度が大きく、触媒反応が少ない部位の触媒温度ほど寄与度が小さくなるように、前記代表温度の決定方法を変更することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の内燃機関の触媒代表温度取得装置。

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