JP2009293409A - Catalyst temperature estimating device and catalyst temperature estimating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、触媒温度推定装置および触媒温度推定方法に関し、詳しくは、排気供給弁の開度に応じて排気を吸気系に供給可能な排気供給手段と、目標開度に基づいて前記排気供給弁を制御する排気供給制御手段と、排気を浄化する浄化触媒とを備える内燃機関に設けられ、前記浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定装置および触媒温度推定方法に関する。 The present invention relates to a catalyst temperature estimation device and a catalyst temperature estimation method, and more particularly, to an exhaust gas supply means capable of supplying exhaust gas to an intake system according to the opening degree of the exhaust gas supply valve, and the exhaust gas supply valve based on a target opening degree. The present invention relates to a catalyst temperature estimation device and a catalyst temperature estimation method that are provided in an internal combustion engine that includes an exhaust gas supply control means that controls the exhaust gas and a purification catalyst that purifies exhaust gas, and that estimates the temperature of the purification catalyst.
従来、排気を吸気系に供給するEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置を備える内燃機関の浄化触媒の温度を把握する装置として、浄化触媒に取り付けられた温度センサにより触媒温度を直接検出するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、浄化触媒の温度を把握する装置としては、上述したように直接検出するものに限られず、内燃機関に吸入される吸入空気量などに基づいて触媒温度を推定するものがある。推定された触媒温度は、例えば、浄化触媒が所定の活性化温度に到達したか否かの判断に用いられ、到達したと判断されるときには浄化触媒の劣化の診断が行われることがある。ここで、浄化触媒の劣化を触媒の酸素吸蔵量によって判定するものにおいては、酸素吸蔵量は触媒温度によっても変化するため、活性化温度に到達したとの判断が誤っていたときには浄化触媒の劣化を正しく判定することができない。このため、触媒温度を正確に推定することが求められている。また、上述したようなEGR装置を備える内燃機関では、目標開度でEGRバルブを制御してもEGRバルブが開弁するまでに遅れが生じたり、開弁を開始してから実際に排気が内燃機関の筒内に導入されるまでに遅れが生じるから、目標開度に基づいて触媒温度を推定しようとしても正確に推定することが困難な場合がある。 By the way, the device for grasping the temperature of the purification catalyst is not limited to the one that is directly detected as described above, and there is one that estimates the catalyst temperature based on the amount of intake air taken into the internal combustion engine. The estimated catalyst temperature is used, for example, to determine whether or not the purification catalyst has reached a predetermined activation temperature. When it is determined that the purification catalyst has reached, diagnosis of deterioration of the purification catalyst may be performed. Here, in the case of judging the deterioration of the purification catalyst based on the oxygen storage amount of the catalyst, the oxygen storage amount also changes depending on the catalyst temperature. Therefore, if it is erroneously determined that the activation temperature has been reached, the deterioration of the purification catalyst Cannot be determined correctly. For this reason, it is required to accurately estimate the catalyst temperature. Further, in an internal combustion engine equipped with an EGR device as described above, even if the EGR valve is controlled at the target opening, there is a delay until the EGR valve opens, or the exhaust gas is actually discharged from the start of the valve opening. Since there is a delay before it is introduced into the cylinder of the engine, it may be difficult to accurately estimate the catalyst temperature based on the target opening.
本発明の触媒温度推定装置および触媒温度推定方法は、排気供給弁の開度に応じて排気を吸気系に供給可能な排気供給手段を備える内燃機関の浄化触媒の温度をより正確に推定することを主目的とする。 The catalyst temperature estimation device and the catalyst temperature estimation method according to the present invention more accurately estimate the temperature of a purification catalyst of an internal combustion engine including an exhaust gas supply unit capable of supplying exhaust gas to an intake system according to the opening of an exhaust gas supply valve. The main purpose.
本発明の触媒温度推定装置および触媒温度推定方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The catalyst temperature estimation apparatus and the catalyst temperature estimation method of the present invention employ the following means in order to achieve the above-described main object.
本発明の触媒温度推定装置は、
排気供給弁の開度に応じて排気を吸気系に供給可能な排気供給手段と、目標開度に基づいて前記排気供給弁を制御する排気供給制御手段と、排気を浄化する浄化触媒とを備える内燃機関に設けられ、前記浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定装置であって、
前記内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記検出された吸入空気量と前記目標開度とに基づいて前記浄化触媒の将来温度を設定する将来温度設定手段と、
前記設定された将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう前記浄化触媒の現在温度を推定する現在温度推定手段と
を備えることを要旨とする。
The catalyst temperature estimation device of the present invention is
Exhaust supply means capable of supplying exhaust to the intake system according to the opening of the exhaust supply valve, exhaust supply control means for controlling the exhaust supply valve based on the target opening, and a purification catalyst for purifying the exhaust A catalyst temperature estimation device provided in an internal combustion engine for estimating the temperature of the purification catalyst,
Intake air amount detection means for detecting the amount of intake air taken into the intake system of the internal combustion engine;
Future temperature setting means for setting a future temperature of the purification catalyst based on the detected intake air amount and the target opening;
The present invention includes a current temperature estimating means for estimating a current temperature of the purification catalyst so as to gradually approach the set future temperature with a first-order lag processing curve.
この本発明の触媒温度推定装置では、排気供給弁の開度に応じて排気を吸気系に供給可能な排気供給手段と目標開度に基づいて排気供給弁を制御する排気供給制御手段と排気を浄化する浄化触媒とを備える内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量と目標開度とに基づいて浄化触媒の将来温度を設定し、設定された将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう浄化触媒の現在温度を推定する。ここで、排気供給手段を備える内燃機関の浄化触媒の温度は、排気供給弁の動作の遅れや排気の流入の遅れなどの影響を受け、直ちに将来温度に収束することはない。このような排気供給弁の動作や排気の流入の遅れは、一次遅れ処理として近似することができ、また、浄化触媒の温度が将来温度に対する一次遅れ処理的な曲線状に変化していくことを本出願人が実験などにより明らかにしている。したがって、将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう浄化触媒の現在温度を推定することで、実際の温度に近い値を推定することができる。この結果、排気供給弁の開度に応じて排気を吸気系に供給可能な排気供給手段を備える内燃機関の浄化触媒の温度をより正確に推定することができる。 In this catalyst temperature estimation device of the present invention, the exhaust supply means capable of supplying exhaust to the intake system according to the opening of the exhaust supply valve, the exhaust supply control means for controlling the exhaust supply valve based on the target opening, and the exhaust The future temperature of the purification catalyst is set based on the amount of intake air sucked into the intake system of the internal combustion engine and the target opening degree, and the purification catalyst is gradually purified with a first-order lag processing curve. The current temperature of the purification catalyst is estimated so as to approach. Here, the temperature of the purification catalyst of the internal combustion engine provided with the exhaust supply means is affected by a delay in the operation of the exhaust supply valve, a delay in the inflow of exhaust, and the like, and does not immediately converge to the future temperature. Such a delay in the operation of the exhaust supply valve and the inflow of exhaust can be approximated as a first-order lag process, and the temperature of the purification catalyst changes to a curve like a first-order lag process with respect to the future temperature. Applicant has made it clear through experiments. Therefore, a value close to the actual temperature can be estimated by estimating the current temperature of the purification catalyst so as to gradually approach the future temperature with a first-order lag processing curve. As a result, it is possible to more accurately estimate the temperature of the purification catalyst of the internal combustion engine provided with the exhaust supply means capable of supplying exhaust to the intake system according to the opening of the exhaust supply valve.
こうした本発明の触媒温度推定装置において、前記現在温度推定手段は、前記排気供給弁の実開度が大きいほど前記曲線の傾きが緩やかとなるよう現在温度を推定する手段であるものとすることもできる。ここで、排気供給弁の開度が大きくなるにつれ吸気系に供給される排気の流量が多くなるので、開度が小さいときに比して排気の流入の遅れによる影響が大きなものとなる。そこで、実開度が大きいほど曲線の傾きが緩やかとなるよう現在温度を推定することで、実開度が大きいことによる影響を考慮して触媒温度を推定することができる。 In such a catalyst temperature estimation device of the present invention, the current temperature estimation means may be means for estimating the current temperature so that the slope of the curve becomes gentler as the actual opening of the exhaust supply valve increases. it can. Here, since the flow rate of the exhaust gas supplied to the intake system increases as the opening degree of the exhaust supply valve increases, the influence of the delay of the inflow of exhaust gas becomes larger than when the opening degree is small. Therefore, by estimating the current temperature so that the slope of the curve becomes gentler as the actual opening increases, the catalyst temperature can be estimated in consideration of the effect of the larger actual opening.
また、本発明の触媒温度推定装置において、前記現在温度推定手段は、前記排気供給弁の実開度が大きいほど大きくなる傾向に定められる単位時間当たりの温度変化量に対して前記設定された将来温度と前回推定された現在温度との偏差が大きいほど大きくなる傾向に定められる係数を乗じたものを前回推定された現在温度に加えることにより現在温度を推定する手段であるものとすることもできる。 Further, in the catalyst temperature estimating device of the present invention, the current temperature estimating means is configured to set the future with respect to a temperature change amount per unit time determined to increase as the actual opening of the exhaust supply valve increases. It can also be a means for estimating the current temperature by adding to the current temperature estimated the previous time, a product obtained by multiplying a coefficient determined by a tendency to increase as the deviation between the temperature and the current temperature estimated last time increases. .
さらに、本発明の触媒温度推定装置において、前記排気供給弁の目標開度に対して一次遅れ処理を施すことにより実開度を推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、排気供給弁の動作の遅れにより目標開度に対して実開度に遅れを伴うものでも触媒温度を正確に推定することができる。 Furthermore, in the catalyst temperature estimation device of the present invention, the actual opening can be estimated by performing a first-order lag process on the target opening of the exhaust supply valve. In this way, the catalyst temperature can be accurately estimated even if the actual opening is delayed with respect to the target opening due to the delay of the operation of the exhaust supply valve.
本発明の触媒温度推定方法は、
排気供給弁の開度に応じた排気を吸気系に供給可能な排気供給手段と目標開度に基づいて前記排気供給弁を制御する排気供給制御手段と排気を浄化する浄化触媒とを備える内燃機関に設けられ、前記浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定方法であって、
(a)前記内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量と前記目標開度とに基づいて前記浄化触媒の将来温度を設定し、
(b)前記設定された将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう前記浄化触媒の現在温度を推定する
ことを要旨とする。
The catalyst temperature estimation method of the present invention includes:
An internal combustion engine comprising exhaust supply means capable of supplying exhaust gas to the intake system according to the opening of the exhaust supply valve, exhaust supply control means for controlling the exhaust supply valve based on a target opening, and a purification catalyst for purifying the exhaust A catalyst temperature estimation method for estimating the temperature of the purification catalyst,
(A) setting a future temperature of the purification catalyst based on an intake air amount sucked into an intake system of the internal combustion engine and the target opening;
(B) The gist is to estimate the present temperature of the purification catalyst so as to gradually approach the set future temperature with a first-order lag processing curve.
この本発明の触媒温度推定方法によれば、排気供給弁の開度に応じて排気を吸気系に供給可能な排気供給手段と目標開度に基づいて排気供給弁を制御する排気供給制御手段と排気を浄化する浄化触媒とを備える内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量と目標開度とに基づいて浄化触媒の将来温度を設定し、設定された将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう浄化触媒の現在温度を推定する。ここで、排気供給手段を備える内燃機関の浄化触媒の温度は、排気供給弁の動作の遅れや排気の流入の遅れなどの影響を受け、直ちに将来温度に収束することはない。このような排気供給弁の動作や排気の流入の遅れは、一次遅れ処理として近似することができ、また、浄化触媒の温度が将来温度に対する一次遅れ処理的な曲線状に変化していくことを本出願人が実験などにより明らかにしている。したがって、将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう浄化触媒の現在温度を推定することで、実際の温度に近い値を推定することができる。この結果、排気供給弁の開度に応じて排気を吸気系に供給可能な排気供給手段を備える内燃機関の浄化触媒の温度をより正確に推定することができる。 According to the catalyst temperature estimation method of the present invention, the exhaust supply means that can supply exhaust gas to the intake system according to the opening of the exhaust supply valve, and the exhaust supply control means that controls the exhaust supply valve based on the target opening The future temperature of the purification catalyst is set based on the amount of intake air sucked into the intake system of the internal combustion engine including the purification catalyst for purifying the exhaust gas and the target opening, and the curve is like a first order lag process to the set future temperature. The current temperature of the purification catalyst is estimated so as to approach gradually. Here, the temperature of the purification catalyst of the internal combustion engine provided with the exhaust supply means is affected by a delay in the operation of the exhaust supply valve, a delay in the inflow of exhaust, and the like, and does not immediately converge to the future temperature. Such a delay in the operation of the exhaust supply valve and the inflow of exhaust can be approximated as a first-order lag process, and the temperature of the purification catalyst changes to a curve like a first-order lag process with respect to the future temperature. Applicant has made it clear through experiments. Therefore, a value close to the actual temperature can be estimated by estimating the current temperature of the purification catalyst so as to gradually approach the future temperature with a first-order lag processing curve. As a result, it is possible to more accurately estimate the temperature of the purification catalyst of the internal combustion engine provided with the exhaust supply means capable of supplying exhaust to the intake system according to the opening of the exhaust supply valve.
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。 Next, the best mode for carrying out the present invention will be described using examples.
図1は、本発明の一実施例としての触媒温度推定装置を含むエンジン22を搭載するハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、エンジン22の構成の概略を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a configuration of a
実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、エンジン22と、このエンジン22を運転制御するエンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという。)24と、エンジン22のクランクシャフト26にキャリアが連結されると共に駆動輪63a,63bにデファレンシャルギヤ38を介して接続されたドライブシャフト37にリングギヤが連結された遊星歯車により構成された動力分配統合機構30と、この動力分配統合機構30のサンギヤに接続された発電可能なモータMG1と、ドライブシャフト37に動力を入出力する発電可能なモータMG2と、モータMG1,MG2の駆動回路としてのインバータ41,42と、インバータ41,42に電力を供給するバッテリ50と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備え、エンジン22からの動力をバッテリ50の充放電を伴って動力分配統合機構30と二つのモータMG1,MG2によってトルク変換してドライブシャフト37に出力して走行したり、エンジン22の運転を停止した状態でバッテリ50からの電力によりモータMG2から出力される動力をドライブシャフト37に出力して走行したりする。
As shown in FIG. 1, the
エンジン22は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図2に示すように、エアクリーナ122により清浄された空気をスロットルバルブ124を介して吸入すると共に燃料噴射弁126からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ128を介して燃料室に吸入し、点火プラグ130による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン132の往復運動をクランクシャフト26の回転運動に変換する。エンジン22からの排気は、一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC),窒素酸化物(NOx)の有害成分を浄化する浄化装置134(三元触媒134a)を介して外気へ排出される。
The
浄化装置134の三元触媒134aは、白金(Pt)やパラジウム(Pd)などの酸化触媒とロジウム(Rh)などの還元触媒とセリア(CeO2)などの助触媒などにより構成されている。そして、所定の活性化温度以上の高温で活性化すると、酸化触媒の作用により排気に含まれるCOやHCを水(H2O)や二酸化炭素(CO2)に浄化し、還元触媒の作用により排気に含まれるNOxを窒素(N2)や酸素(O2)などに浄化する。ここで、CeO2は、セリウム(Ce)の価数が3価と4価との間で可逆的に変化する性質を持つため、排気がリーン雰囲気のときには3価から4価に変化して排気から酸素を吸蔵し、排気がリッチ雰囲気のときには4価から3価に変化して排気へ酸素を放出する。また、浄化装置134の後段には、酸素センサ135bが設置されている。この酸素センサ135bは、排気がリッチ雰囲気かリーン雰囲気かに応じて出力値が変化し、実施例では、電解質であるジルコニアを大気に接触する基準電極と排気に接触する測定電極とで挟み両電極の酸素濃度差に応じた起電力を生じるジルコニア酸素センサを採用している。なお、ジルコニア電解質は、常温で絶縁体であるので、酸素センサ135bを正常に作動させるためには所定の活性化温度に達している必要がある。
The three-
浄化装置134の後段には、排気を吸気側に供給するEGR管152が取り付けられており、エンジン22は、不燃焼ガスとしての排気を吸気側に供給して空気と排気とガソリンの混合気を燃焼室に吸引することができるようになっている。このエンジン22の吸気側に供給する排気の量はアクチュエータとしてのステッピングモータ153により駆動されるEGRバルブ154により調整される。以下、エンジン22の排気を吸気側に供給することをEGRという。図3は、エンジンECU24により実行されるEGR制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。EGR制御ルーチンでは、エンジンECU24のCPU24aは、エンジン22の回転数Neや負荷率klなどの制御に必要なデータを入力し(ステップS100)、入力したエンジン22の回転数Neと負荷率klとに基づいてステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*を設定すると共に(ステップS110)、設定した目標ステップ数Ns*でステッピングモータ153を駆動制御して(ステップS120)、本ルーチンを終了する。目標ステップ数Ns*の設定は、実施例では、エンジン22の回転数Neと負荷率klと目標ステップ数Ns*との関係を予め求めて目標ステップ数設定用マップとしてROM24bに記憶しておき、回転数Neと負荷率klとが与えられると目標ステップ数設定用マップから対応する目標ステップ数Ns*を導出することにより行なうものとした。このマップの一例を図4に示す。目標ステップ数Ns*は、図示するように、負荷率klと回転数Neとが図中の排気導入領域内にないときには値0(EGRオフ)となり、排気導入領域内にあるときには負荷率klと回転数Neとが高負荷高回転数に向かうほど高くなるよう設定されるものとした。EGRバルブ154は、ステッピングモータ153により駆動されるステップ数が大きいほど大きな開度をもって開くが、ステッピングモータ153は単位時間で作動するステップ数が限られており、目標ステップ数Ns*が設定されても、実際には目標ステップ数Ns*に向けて所定ステップ数ずつステッピングモータ153が駆動されることになる。したがって、ステッピングモータ153の実際のステップ数(以下、実ステップ数Ns)が目標ステップ数Ns*に到達するまでにはある程度の時間を要する。
An
エンジンECU24は、CPU24aを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU24aの他に処理プログラムを記憶するROM24bと、データを一時的に記憶するRAM24cと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンECU24には、エンジン22の状態を検出する種々のセンサからの信号、例えば、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ140からのクランクポジションやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサ142からの冷却水温,燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ128や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ144からのカムポジション,スロットルバルブ124のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ146からのスロットルポジション,吸気管に取り付けられたエアフローメータ148からの吸入空気量Ga,同じく吸気管に取り付けられた温度センサ149からの吸気温,排気管に取り付けられた空燃比センサ135aからの空燃比,同じく排気管に取り付けられた酸素センサ135bからの酸素信号などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンECU24からは、エンジン22を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁126への駆動信号や、スロットルバルブ124のポジションを調節するスロットルモータ136への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル138への制御信号、吸気バルブ128の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構150への制御信号,EGRバルブ154の開度を調節するステッピングモータ153への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータを出力する。なお、エンジンECU24は、クランクポジションセンサ140からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neを演算したり、最大吸入空気量Gamaxに対するエアフローメータ148からの吸入空気量Gaの割合としての負荷率klを演算している。
The
ここで、エンジン22のうち三元触媒134aの温度を推定する触媒温度推定装置のハード構成としては、エアフローメータ148とエンジンECU24とが該当する。
Here, the
次に、こうして構成された三元触媒134aの温度を推定する触媒温度推定装置の動作について説明する。図5は、エンジンECU24により実行される触媒温度推定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎(例えば、数十msec毎)に繰り返し実行される。
Next, the operation of the catalyst temperature estimation device that estimates the temperature of the three-
触媒温度推定処理ルーチンが実行されると、エンジンECU24のCPU24aは、まず、エアフローメータ148からの吸入空気量Gaやステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*などの必要なデータを入力し(ステップS200)、入力した吸入空気量Gaと目標ステップ数Ns*とに基づいて三元触媒134aの将来温度Tcat*を設定する(ステップS210)。ここで、将来温度Tcat*は、実施例では吸入空気量Gaと目標ステップ数Ns*と将来温度Tcat*との関係を予め求めて将来温度設定用マップとしてROM24bに記憶しておき、吸入空気量Gaと目標ステップ数Ns*とが与えられるとマップから対応する将来温度Tcat*を導出して設定するものとした。このマップの一例を図6に示す。図示するように、将来温度Tcat*は、吸入空気量Gaが大きいほど高くなるよう設定され、目標ステップ数Ns*が大きいほど低くなるよう設定される。目標ステップ数Ns*が大きいほど低くなるよう設定されるのは、EGRバルブ154の開度が大きいほど排気中に含まれる熱容量の大きな不活性ガスがエンジン22に多量に供給され、エンジン22の最高燃焼温度が低下することによる。
When the catalyst temperature estimation processing routine is executed, the
将来温度Tcat*を設定すると、設定した将来温度Tcat*から前回このルーチンが実行されたときに推定された三元触媒134aの現在温度(前回Tcat)を減じたものの絶対値として温度偏差Tdを計算し(ステップS220)、算出した温度偏差Tdに基づいて係数kを設定する(ステップS230)。ここで、係数kは、実施例では温度偏差Tdと係数kとの関係を予め求めて係数設定用マップとしてROM24bに記憶しておき、温度偏差Tdが与えられるとマップから対応する係数kを導出して設定するものとした。このマップの一例を図7に示す。図示するように、係数kは、温度偏差Tdが大きいほど大きくなるよう設定される。
When the future temperature Tcat * is set, the temperature deviation Td is calculated as an absolute value obtained by subtracting the current temperature (previous Tcat) of the three-
係数kを設定すると、目標ステップ数Ns*に一次遅れ処理を施してステッピングモータ153の実ステップ数Nsを計算する(ステップS240)。なお、一次遅れ処理は、周知の技術であるからその説明は省略する。実ステップ数Nsを計算すると、計算した実ステップ数Nsに基づいてEGRバルブ154が開弁されてから三元触媒134aに与える単位時間当たりの温度変化量ΔTegrを設定する(ステップS250)。ここで、温度変化量ΔTegrは、実施例では、実ステップ数Nsと温度変化量ΔTegrとの関係を予め求めて温度変化量設定用マップとしてROM24bに記憶しておき、実ステップ数Nsが与えられるとマップから対応する温度変化量ΔTegrを導出して設定するものとした。このマップの一例を図8に示す。図示するように、温度変化量ΔTegrは、実ステップ数Nsが値0のときには値0に設定され、実ステップ数Nsが大きいほど小さな値(絶対値としては大きな値)に設定される。ここで、EGRバルブ154が開弁されても、すぐにエンジン22内に排気が流入するわけではなく実際の排気の流入には遅れが生じており、この遅れは一次遅れ処理として近似することができる。そして、この排気の流入の遅れにより、三元触媒134aの実際の温度の変化についても一次遅れ処理的な曲線状に収束していくことを本出願人が実験などにより明らかにしている。また、EGRバルブ154の開度(実ステップ数Ns)が大きくなるほど排気の流入量が多くなり排気の流入遅れによって生じうる影響が大きなものとなるので、三元触媒134aの温度変化に与える影響も大きくなる。このため、EGRバルブ154の開度が大きいほど温度変化の傾きが緩やかなものとなり、即ち、一次遅れ処理的な曲線における時定数の値が大きくなる。このように、EGRバルブ154が開弁されてから三元触媒134aに与える温度変化への影響が実ステップ数Nsに応じたものとなるので、温度変化量ΔTegrを図8に示すようなマップに基づいて設定するのである。
When the coefficient k is set, the target step number Ns * is subjected to first-order lag processing to calculate the actual step number Ns of the stepping motor 153 (step S240). Since the first-order lag processing is a well-known technique, its description is omitted. When the actual step number Ns is calculated, a temperature change amount ΔTegr per unit time given to the three-
温度変化量ΔTegrを設定すると、エンジン22および三元触媒134aの状態により三元触媒134aに与える単位時間当たりの温度変化量ΔTを算出し、算出した温度変化量ΔTから温度変化量ΔTegrを加えて係数kを乗じたものを前回Tcatに加えて現在温度Tcatを推定し(ステップS260)、本ルーチンを終了する。ここで、温度変化量ΔTは、例えば、エンジン22に吸入される吸入空気量Gaに基づく燃焼の排気による温度変化量や浄化装置134から外部への放熱による温度変化量,三元触媒134a自体の反応熱による温度変化量などを算出することにより求めることができる。なお、この温度変化量ΔTは、EGRバルブ154が閉弁されているときも同様に算出される。このような温度変化量ΔTに温度変化量ΔTegrを加えることにより、三元触媒134aの温度は、温度変化量ΔTegrの影響、即ちEGRバルブ154が開弁されてからの影響を考慮して推定されることになる。ここで、前述したように、EGRバルブ154の開度(実ステップ数Ns)が大きいほど温度変化量ΔTegrは負側に小さく(絶対値が大きく)なるので、温度変化量ΔTに温度変化量ΔTegrを加えて得られる値は小さなものとなる。このため、実ステップ数Nsが大きいほど現在温度Tcatは小さな値に推定される傾向にある。
When the temperature change amount ΔTegr is set, the temperature change amount ΔT per unit time given to the three-
図9は、本実施例の触媒温度推定処理ルーチンにより推定された現在温度Tcatの温度推移の一例を示す説明図であり、EGRバルブ154の開度(目標ステップ数Ns*)が小さい場合と大きい場合とを例示している。なお、両者とも将来温度Tcat*を同じ温度とした。図示するように、現在温度Tcatは、一次遅れ処理的な曲線をもって推定され、目標ステップ数Ns*が大きいほど将来温度Tcat*に近付いていく曲線の傾きが緩やかとなっている。即ち、一次遅れ処理でいうところの時定数がEGRバルブ154の開度(目標ステップ数Ns*)によって変化し、温度変化が緩やかとなるよう現在温度Tcatが推定される。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an example of the temperature transition of the current temperature Tcat estimated by the catalyst temperature estimation processing routine of the present embodiment, which is large when the opening degree (target step number Ns *) of the
こうして推定された三元触媒134aの現在温度Tcatは、例えば、所定の触媒活性化温度以上に到達したか否かを判断するのに用いられ、到達したと判断されれば、三元触媒134aの劣化判定や酸素センサ135bの異常判定などの実行が許可される。三元触媒134aの劣化判定は、実施例では、三元触媒134aの最大酸素吸蔵量の測定結果に基づいて行われる。ここで、最大酸素吸蔵量は、三元触媒134aの温度に依存するので、実際には三元触媒134aが所定の活性化温度に達していなかったときには三元触媒134aの劣化を誤判定するおそれがあるが、実施例では、三元触媒134aの現在温度Tcatを正確に推定することができるので誤判定のおそれが少なくなる。また、酸素センサ135bの異常判定は、実施例では、エンジン22への燃料カットが行われている状態で検出される酸素濃度に基づいて行われる。前述したように、酸素センサ135bは所定の活性化温度に到達しなければ正常に動作しないが、実施例では、正確に推定した三元触媒134aの温度を用いて酸素センサ135bが活性化温度に到達しているか否かの判断も行うことができ、酸素センサ135bの誤判定のおそれが少なくなる。
The current temperature Tcat of the three-
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、エンジン22への吸入空気量Gaとステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*とに基づいて設定した三元触媒134aの将来温度T*と前回Tcatとの温度偏差Tdに基づいて係数kを設定し、目標ステップ数Ns*に一次遅れ処理を施した実ステップ数Nsに基づいてEGRバルブ154が開弁されてからの単位時間当たりの温度変化量ΔTegrを設定し、エンジン22および三元触媒134aの状態に基づいて算出した単位時間当たりの温度変化量ΔTに温度変化量ΔTegrを加えて係数kを乗じたものを前回Tcatに加えて現在温度Tcatを推定することで、設定した将来温度T*に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう現在温度Tcatを推定することができる。この結果、EGRバルブ154の開度に応じて排気を吸気系に供給可能なエンジン22の三元触媒134aの温度をより正確に推定することができる。
According to the
実施例のハイブリッド自動車20では、実ステップ数Nsを目標ステップ数Ns*に対して一次遅れ処理を施して計算するものとしたが、これに限られず、例えば、エンジンECU24からステッピングモータ153への駆動信号として出力したパルス数を記憶しておき、そのパルス数に基づいて実ステップ数Nsを把握するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22への吸入空気量Gaとステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*とに基づいて設定した三元触媒134aの将来温度T*と前回Tcatとの温度偏差Tdに基づいて係数kを設定し、目標ステップ数Ns*に一次遅れ処理を施した実ステップ数Nsに基づいてEGRバルブ154が開弁されてからの単位時間当たりの温度変化量ΔTegrを設定し、エンジン22および三元触媒134aの状態に基づいて算出した単位時間当たりの温度変化量ΔTに温度変化量ΔTegrを加えて係数kを乗じたものを前回Tcatに加えて現在温度Tcatを推定するものとしたが、ステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*が大きいほど大きくなるよう時定数τを設定し、設定した時定数τを用いて一次遅れ処理を施すことにより三元触媒134aの現在温度Tcatを推定するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を減速ギヤ35により変速してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図10の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図10における車輪64a,64bに接続された車軸)に接続するものとしてもよい。
In the
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図11の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ232と駆動輪63a,63bに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ234とを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機230を備えるものとしてもよい。
In the
また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、内燃機関を備えるものであれば、図12の変形例の自動車320に示すように、エンジン22と、オートマチックトランスミッション(AT)330とを備える通常の自動車に適用するものとしてもよいし、自動車以外の内燃機関に設けられる浄化触媒の触媒温度推定装置の形態としても構わない。また、触媒温度推定方法の形態としてもよい。
Further, the present invention is not limited to those applied to such a hybrid vehicle, and as long as an internal combustion engine is provided, an
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「内燃機関」に相当し、EGR管152とステッピングモータ153とEGRバルブ154とが「排気供給手段」に相当し、エンジン22の回転数Neと負荷率klとに基づいてステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*を設定すると共に設定した目標ステップ数Ns*でステッピングモータ153を駆動制御する図3のEGR制御ルーチンを実行するエンジンECU24が「排気供給制御手段」に相当し、吸気管に取り付けられたエアフローメータ148が「吸入空気量検出手段」に相当し、エアフローメータ148により検出された吸入空気量Gaとステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*とに基づいて三元触媒134aの将来温度Tcat*を設定する図5の触媒温度推定処理ルーチンのステップS200,210の処理を実行するエンジンECU24が「将来温度設定手段」に相当し、将来温度T*と前回Tcatとの温度偏差Tdに基づいて係数kを設定し、目標ステップ数Ns*に一次遅れ処理を施した実ステップ数Nsに基づいてEGRバルブ154が開弁されてからの単位時間当たりの温度変化量ΔTegrを設定し、エンジン22および三元触媒134aの状態に基づいて算出した単位時間当たりの温度変化量ΔTに温度変化量ΔTegrを加えて係数kを乗じたものを前回Tcatに加えて現在温度Tcatを推定する図5の触媒温度推定処理ルーチンのステップS220〜260の処理を実行するエンジンECU24が「現在温度設定手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「排気供給手段」としては、EGR管152とステッピングモータ153とEGRバルブ154とにより構成するものとしたが、排気供給弁の開度に応じて排気を吸気系に供給可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「排気供給制御手段」としては、エンジン22の回転数Neと負荷率klとに基づいてステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*を設定すると共に設定した目標ステップ数Ns*でステッピングモータ153を駆動制御するものに限られず、目標開度に基づいて排気供給弁を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。「吸入空気量検出手段」としては、エアフローメータ148に限定されるものではなく、吸入空気量に関連する物理量を検出するセンサと検出された信号に基づいて吸入空気量を算出するエンジンECU24とを組み合わせたもなど、吸入空気量を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「将来温度設定手段」としては、エアフローメータ148により検出された吸入空気量Gaとステッピングモータ153の目標ステップ数Ns*とに基づいて三元触媒134aの将来温度Tcat*を設定するものに限定されるものではなく、検出された吸入空気量と排気供給弁の目標開度とに基づいて浄化触媒の将来温度を設定するものであれば如何なるものであっても構わない。「現在温度設定手段」としては、将来温度T*と前回Tcatとの温度偏差Tdに基づいて係数kを設定し、目標ステップ数Ns*に一次遅れ処理を施した実ステップ数Nsに基づいてEGRバルブ154が開弁されてからの単位時間当たりの温度変化量ΔTegrを設定し、エンジン22および三元触媒134aの状態に基づいて算出した単位時間当たりの温度変化量ΔTに温度変化量ΔTegrを加えて係数kを乗じたものを前回Tcatに加えて現在温度Tcatを推定するものに限定されるものではなく、設定された将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう浄化触媒の現在温度を推定するものであれば如何なるものであっても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
Here, the correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 The best mode for carrying out the present invention has been described with reference to the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Of course, it can be implemented in the form.
本発明は、自動車産業などに利用可能である。 The present invention is applicable to the automobile industry and the like.
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、24a CPU、24b ROM、24c RAM、26 クランクシャフト、30 動力分配統合機構、37 ドライブシャフト、38 デファレンシャルギヤ、41,42 インバータ、50 バッテリ、63a,63b 駆動輪、64a,64b 車輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、122 エアクリーナ、124 スロットルバルブ、126 燃料噴射弁、128 吸気バルブ、130 点火プラグ、132 ピストン、134 浄化装置、134a 三元触媒、135a 空燃比センサ、135b 酸素センサ、136,スロットルモータ、138 イグニッションコイル、140 クランクポジションセンサ、142 水温センサ、144 カムポジションセンサ、146 スロットルバルブポジションセンサ、148 エアフローメータ、149 温度センサ、150 可変バルブタイミング機構、152 EGR管、153 ステッピングモータ、154 EGRバルブ、230 対ロータ電動機、232 インナーロータ 234 アウターロータ、320 自動車、330 オートマチックトランスミッション、MG1,MG2 モータ。
20, 120, 220 Hybrid vehicle, 22 engine, 24 engine electronic control unit (engine ECU), 24a CPU, 24b ROM, 24c RAM, 26 crankshaft, 30 power distribution and integration mechanism, 37 drive shaft, 38 differential gear, 41 , 42 Inverter, 50 Battery, 63a, 63b Drive wheel, 64a, 64b Wheel, 70 Hybrid electronic control unit, 122 Air cleaner, 124 Throttle valve, 126 Fuel injection valve, 128 Intake valve, 130 Spark plug, 132 Piston, 134 Purification Equipment, 134a three-way catalyst, 135a air-fuel ratio sensor, 135b oxygen sensor, 136, throttle motor, 138 ignition coil, 140 crank position sensor, 1 2 Water temperature sensor, 144 Cam position sensor, 146 Throttle valve position sensor, 148 Air flow meter, 149 Temperature sensor, 150 Variable valve timing mechanism, 152 EGR pipe, 153 Stepping motor, 154 EGR valve, 230 Counter rotor motor, 232
Claims (5)
前記内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記検出された吸入空気量と前記目標開度とに基づいて前記浄化触媒の将来温度を設定する将来温度設定手段と、
前記設定された将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう前記浄化触媒の現在温度を推定する現在温度推定手段と、
を備える触媒温度推定装置。 Exhaust supply means capable of supplying exhaust to the intake system according to the opening of the exhaust supply valve, exhaust supply control means for controlling the exhaust supply valve based on the target opening, and a purification catalyst for purifying the exhaust A catalyst temperature estimation device provided in an internal combustion engine for estimating the temperature of the purification catalyst,
Intake air amount detection means for detecting the amount of intake air taken into the intake system of the internal combustion engine;
Future temperature setting means for setting a future temperature of the purification catalyst based on the detected intake air amount and the target opening;
A current temperature estimating means for estimating a current temperature of the purification catalyst so as to gradually approach the set future temperature with a first-order lag processing curve;
A catalyst temperature estimation device comprising:
(a)前記内燃機関の吸気系に吸入される吸入空気量と前記目標開度とに基づいて前記浄化触媒の将来温度を設定し、
(b)前記設定された将来温度に一次遅れ処理的な曲線をもって徐々に近付くよう前記浄化触媒の現在温度を推定する
触媒温度推定方法。 An internal combustion engine comprising exhaust supply means capable of supplying exhaust gas to an intake system in accordance with the opening of the exhaust supply valve, exhaust supply control means for controlling the exhaust supply valve based on a target opening, and a purification catalyst for purifying the exhaust A catalyst temperature estimation method for estimating the temperature of the purification catalyst,
(A) setting a future temperature of the purification catalyst based on an intake air amount sucked into an intake system of the internal combustion engine and the target opening;
(B) A catalyst temperature estimation method for estimating the present temperature of the purified catalyst so as to gradually approach the set future temperature with a first-order lag processing curve.
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