JP2010007492A - 排気温度推定方法及び排気温度推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関からの排気の温度を精度良く推定できる排気温度推定方法及び排気温度推定装置を提供する。
【解決手段】定常運転状態に対応付けられた基準吸入空気量に対するその運転状態での吸入空気量の比率を示す吸入空気量比ＧＮから吸入空気量補正係数Ｋｇａを算出するとともに、その運転状態での図示出力に基づく図示出力補正係数Ｋｋｗを算出し、これら吸入空気量補正係数Ｋｇａと図示出力補正係数Ｋｋｗとをその運転状態に対応付けられた基準排気温度ＴＥｂａｓｅに適用して推定排気温度ＴＥｐｒｅを算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気温度を運転状態に基づいて推定する排気温度推定方法及び排気温度推定装置に関するものである。

内燃機関に適用される排気浄化装置では、排気浄化触媒の活性化を図るべく排気浄化触媒の上流において排気中へ未燃燃料を添加する処理（燃料添加処理）が実行されている。この燃料添加処理に用いられる方法には、例えば排気浄化触媒の上流に設けられた添加剤噴射バルブから燃料を噴射する方法や筒内用の燃料噴射弁から排気行程中に燃料をポスト噴射する方法等が知られている。

ところで、上述する排気浄化触媒は一般にその浄化能力の経時的な劣化を避け難いものであり、こうした排気浄化触媒を利用する排気浄化装置においては、排気性状を維持する上で長期間使用した排気浄化触媒を新しいものに適宜交換する作業が必要となる。そして、この排気浄化触媒の交換作業を適切なタイミングで実行するためには、上述する排気浄化装置にて排気浄化触媒の劣化度合を正確に把握することが必要となる。

こうした排気浄化触媒の劣化度合いの判定技術としては、排気浄化触媒の下流に設けられた排気温度センサからの排気温度を利用する技術が知られている。一般に上述する燃料添加処理が実行されているときには、未燃燃料の反応熱により触媒床温が上昇するために排気浄化触媒を通過した排気の温度は該反応熱を受けて上昇するようになる。上記未燃燃料の反応熱は排気浄化触媒の劣化度合が低いときほど高くなるために、排気浄化触媒を通過した排気の温度は排気浄化触媒の劣化度合と相関を有して変化することになる。これによって上記排気温度センサからの排気温度に基づいて排気浄化触媒における反応熱の大きさを推定することができ、この反応熱の大きさに基づいて触媒の劣化度合を判定することができる。

一方、上述のように排気温度センサからの排気温度は、排気浄化触媒の劣化度合と相関を有するものの、その相関の大きさは排気温度センサ近傍の排気流量によって変化してしまう。例えば、排気流量が非常に少ない場合には、排気の流れが不均一であるために排気温度センサの取り付け位置や排気通路の形状等によっては、排気浄化触媒の反応熱によって排気が温度上昇しても、その排気が排気温度センサの検出部に接触せずに通過してしまい、排気温度を正確に検出できないことがある。こうした場合には、排気浄化触媒における反応が良好に行われて実際の触媒床温が十分に上昇しているにも関わらず、排気温度センサによって検出される排気温度が上昇しにくくなるため、検出値である排気温度と排気浄化触媒の劣化度合との相関が得難くなり排気浄化触媒が劣化している旨の誤判定がなされるおそれがある。そこで、上述する排気浄化装置においては、こうした排気温度センサによる誤判定を避けるべく、従来から排気温度を高い精度の下で推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００６‐２９１８２８号公報

ところで、上述する排気温度推定方法では、基準となる排気温度（基準排気温度ＴＥｂａｓｅ）を得るために、まずは同基準排気温度ＴＥｂａｓｅを運転状態に対応付けたマップが利用されて、実際の運転状態における燃料噴射量及びエアフロメータの検出値をそのマップに適用することで基準排気温度ＴＥｂａｓｅが算出される。そして、吸気温度セン
サの検出値である吸入空気温検出値ＴＩｍｓと前記基準排気温度ＴＥｂａｓｅとを用いることにより、排気温度の推定値である推定排気温度ＴＥｐｒｅが式（１）に基づいて算出される。

ＴＥｐｒｅ←（ＴＥｂａｓｅ−ＴＩｍｓ）×Ｋｇａ＋ＴＩｍｓ…（１）
式（１）における吸入空気量補正係数Ｋｇａは、エアフロメータの検出値に応じて基準排気温度ＴＥｂａｓｅを補正すべく設定された補正係数である。一般には、上記エアフロメータの検出値と上記マップを構築した際の吸入空気量である基準吸入空気量との間には実際の運転状態に応じた誤差を生じるために、この誤差を補正すべく、前記基準吸入空気量に対するエアフロメータの検出値の比率（吸入空気量比ＧＮ）に基づいて前記吸入空気量補正係数Ｋｇａが算出される。そして、この吸入空気量補正係数Ｋｇａが推定排気温度ＴＥｐｒｅに対して適用されることにより、実際の吸入空気量と基準吸入空気量との差により生じる誤差が軽減されている。

図８は、上述する推定排気温度ＴＥｐｒｅの精度を高めるべく本発明者による実施された試験研究等に基づくものであり、上記吸入空気量比ＧＮと吸入空気量補正係数Ｋｇａとの関係を示すグラフである。図８に示されるように、吸入空気量補正係数Ｋｇａは吸入空気量比ＧＮが増大するに連れて減少する傾向を示す一方で、その吸入空気量比ＧＮごとの減少率は、低出力（破線）と高出力（実線）との差に認められるように図示出力に応じて大きく異なる。それゆえ、上述するように基準排気温度ＴＥｂａｓｅを吸入空気量補正係数Ｋｇａで補正しただけの推定値では、図示出力が一定であれば高い精度が得られるものの、一般には図示出力が燃料噴射量等に応じて大きく異なるためにその値に大きな誤差を招くおそれがあり、ひいては排気浄化触媒の劣化度合を正確に判定できないおそれがある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものでありその目的は、内燃機関からの排気の温度を精度良く推定できる排気温度推定方法及び排気温度推定装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の定常運転状態に対応付けられた基準排気温度をその運転状態に基づいて補正することにより排気温度を推定する排気温度推定方法であって、前記運転状態に対応付けられた基準吸入空気量に対する前記運転状態での吸入空気量の比率を示す吸入空気量比と、前記運転状態での図示出力とに基づく補正係数により前記基準排気温度を補正して推定排気温度を算出することを要旨とする。

内燃機関からの排気の温度は、例えば定常運転状態の吸入空気量比が高くなるほど低くなる傾向を示し、これに加えて同運転状態の図示出力が高くなるほど前記吸入空気量比に対する変化率が大きくなる。この発明によれば、定常運転状態に対応付けられた排気温度がその運転状態における吸入空気量比及び図示出力に基づき補正されるために、吸入空気量比が及ぼす推定値への誤差に加えて、図示出力の違いが及ぼす推定値への誤差までもが軽減できる。それゆえ、図示出力が燃料噴射量等に応じて大きく異なる場合であっても、その運転状態に応じた排気温度を精度良く推定することができる。

請求項２に記載の発明は、前記運転状態での吸入空気温度と前記基準排気温度との差分に対して前記補正係数を適用することを要旨とする。
内燃機関からの排気が有する熱量とは、吸入空気がそもそも有する熱量と、機関燃焼により同吸入空気が得る熱量とを加えたものである。この発明において吸入空気量比及び図示出力に基づく補正係数は、基準排気温度から吸入空気温度を差し引いた温度、言い換えれば機関燃焼により吸入空気が得る熱量に対して適用される。それゆえ、そもそも機関燃
焼に関わる補正である吸入空気量比及び図示出力に基づく補正が同機関燃焼に関わる熱量に対してのみ施されることから、運転状態に応じた排気温度をより精度良く推定することができる。

請求項３に記載の発明は、前記吸入空気量比に対応した吸入空気量補正係数と前記図示出力に相関する燃料噴射量に対応した図示出力補正係数とにより前記基準排気温度を補正することを要旨とする。

内燃機関における図示出力は一般に燃料噴射量に相関する相関値であることから、この燃料噴射量により規定された図示出力補正係数を用いることにより、上述するように図示出力が燃料噴射量に応じて大きく異なる場合であっても、その運転状態に応じた排気温度を精度良く推定することができる。

請求項４に記載の発明は、内燃機関の定常運転状態に対応付けられた基準排気温度をその運転状態に基づいて補正することにより排気温度を推定する排気温度推定装置であって、前記運転状態に対応付けられた基準吸入空気量に対する前記運転状態での吸入空気量の比率を示す吸入空気量比と、前記運転状態での図示出力とに基づく補正係数を算出し、その算出した補正係数を用いて前記基準排気温度を補正することにより推定排気温度を算出することを要旨とする。

内燃機関からの排気の温度は、上述するように定常運転状態における吸入空気量比及び図示出力に応じて変動する。この発明によれば、定常運転状態の排気温度がその運転状態における吸入空気量比及び図示出力に基づき補正されるために、吸入空気量比が及ぼす推定値への誤差に加えて、図示出力の違いが及ぼす推定値への誤差までもが軽減できる。それゆえ、図示出力が燃料噴射量等に応じて大きく異なる場合であっても、その運転状態の排気温度を精度良く推定することができる。

請求項５に記載の発明は、前記運転状態での吸入空気温度と前記基準排気温度との差分に対して前記補正係数を適用することを要旨とする。
内燃機関からの排気が有する熱量とは、上述するように吸入空気がそもそも有する熱量と、機関燃焼により同吸入空気が得る熱量とを加えたものである。この発明によれば、温度検出手段の検出値である吸入空気温度と基準排気温度との差分、言い換えれば機関燃焼により吸入空気が得る熱量に対して補正が適用されるために、そもそも機関燃焼に関わる補正である吸入空気量比及び図示出力に基づく補正が同機関燃焼に関わる熱量に対してのみ施される。それゆえ、定常運転状態の排気温度をより精度良く推定することができる。

請求項６に記載の発明は、前記運転状態を取得する運転状態取得手段を備え、前記運転状態取得手段が取得した前記図示出力に相関する相関値と前記吸入空気量比とに基づいて前記補正係数を算出することを要旨とする。

内燃機関における燃料噴射量は一般に図示出力に相関する相関値であることから、その燃料噴射量に基づく補正係数を用いることにより、上述するように図示出力が大きく異なる場合であっても、同運転状態の排気温度を精度良く推定することができる。

請求項７に記載の発明は、前記運転状態取得手段が取得した回転速度及び燃料噴射量に対応した前記基準吸入空気量を算出するとともに、その算出した基準吸入空気量と前記運転状態取得手段が取得した吸入空気量とから前記吸入空気量比を算出し、前記運転状態取得手段が取得した回転速度及び燃料噴射量に対応した前記基準排気温度を、前記吸入空気量比に対応した吸入空気量補正係数と、前記相関値である燃料噴射量に対応した図示出力補正係数とを用いて前記基準排気温度を補正することを要旨とする。

この発明によれば、基準吸入空気量及び基準排気温度が共通するパラメータである回転速度及び燃料噴射量に基づいて算出されるために、これら基準吸入空気量及び基準排気温度が異なるパラメータに対応付けられる場合に比べて、その運転状態に即した値をより簡便な構成の下で精度良く算出することができる。そして、図示出力に相関する相関値である燃料噴射量を利用して図示出力補正係数を算出するために、上記基準吸入空気量及び基準排気温度を算出するためのパラメータと同じパラメータの下で図示出力補正係数を得ることができる。それゆえ、これら基準吸入空気量、基準排気温度及び図示出力補正係数を異なるパラメータから算出する場合に比べて、複数のパラメータに起因する誤差を軽減させることができ、ひいては運転状態に即した推定排気温度をより簡便な構成の下で精度良く算出することができる。

以下、本発明にかかる排気温度推定装置を車載ディーゼルエンジンに適用した一実施形態について図１〜図７を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるディーゼルエンジとその排気浄化装置の概略構成を模式的に示す図である。

図１に示されるように、ディーゼルエンジン１０が有する複数の気筒１１は共通するシリンダヘッド１２で覆われており、そのシリンダヘッド１２には各気筒１１の内部である燃焼室１１ａへ燃料を噴射するための複数の燃料噴射弁１３が気筒１１毎に搭載されている。複数の燃料噴射弁１３には高圧燃料を貯留するコモンレール１４が共通に接続されており、そのコモンレール１４には燃料タンク１５からの燃料を高圧燃料にして吐出する燃料ポンプ１６が接続されている。燃料ポンプ１６からコモンレール１４へ供給される高圧燃料は、図示しないクランクシャフトの回転角に基づく燃料噴射弁１３の開弁により該燃料噴射弁１３から対応する燃焼室１１ａへ噴射される。

シリンダヘッド１２には、各燃焼室１１ａに吸入空気を導入するためのインテークマニホールド１７が設けられており、インテークマニホールド１７には燃焼室１１ａ毎に吸入空気を導入するための図示しない吸気弁が設けられている。またインテークマニホールド１７には吸気通路２０が接続されており、その吸気通路２０の途中には吸気の上流側から順にエアクリーナ２１と、ターボチャージャ２２のコンプレッサーホイール２２ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ２３と、吸入空気量を調整するための電動式の吸気絞り弁２４とが配設されている。吸気通路２０を通してインテークマニホールド１７へ吸入される吸気は、図示しないクランクシャフトの回転角に基づく吸気弁の開弁により該吸気弁から対応する燃焼室１１ａへ導入される。

シリンダヘッド１２には、各燃焼室１１ａにおける燃焼ガスを排出するためのエキゾーストマニホールド１８が設けられており、エキゾーストマニホールド１８には燃焼室１１ａ毎に燃焼ガスを排気するための図示しない排気弁が設けられている。各燃焼室１１ａにおける燃焼ガスは、図示しないクランクシャフトの回転角に基づく排気弁の開弁によりエキゾーストマニホールド１８へ排気される。そのエキゾーストマニホールド１８には排気再循環装置（ＥＧＲ装置：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）３０と排気浄化装置４０とが接続されている。

ＥＧＲ装置３０には、インテークマニホールド１７とエキゾーストマニホールド１８との間を連通する連通管３１が設けられており、その連通管３１の途中にはエキゾーストマニホールド１８の側から順にＥＧＲクーラ３２と電動式のＥＧＲ弁３３とが配設されている。ＥＧＲ装置３０はエキゾーストマニホールド１８からの排気の一部をＥＧＲクーラ３２により冷却してＥＧＲ弁３３の開度に応じた排気量をインテークマニホールド１７へ再循環させる。これにより、ＥＧＲ装置３０では、燃料と吸気とで形成する混合気に対して
その燃焼温度を低下させることができ、ひいては窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を低減させることができる。

排気浄化装置４０には、エキゾーストマニホールド１８に配設されて燃料ポンプ１６に接続される添加剤噴射バルブ４１が備えられており、その添加剤噴射バルブ４１からは排気を浄化するための添加剤である未燃燃料が噴射される。また排気浄化装置４０には、エキゾーストマニホールド１８に連通する排気通路４２が備えられており、その排気通路４２の途中にはエキゾーストマニホールド１８の側から順にターボチャージャ２２のタービンホイール２２ｂと、触媒コンバータ４３と、触媒担持型のＰＭフィルタ４４とが配設されている。ターボチャージャ２２はタービンホイール２２ｂとコンプレッサーホイール２２ａとを連結するロータシャフト２２ｃを備えており、排気のエネルギーによるタービンホイール２２ｂの回転をロータシャフト２２ｃの回転へと変換することにより吸気通路２０における吸気を加圧してインテークマニホールド１７へ送り込む。

触媒コンバータ４３には、ＮＯｘ吸蔵型のＮＯｘ触媒が備えられており、流通する排気がリーン状態であるときには該排気に含まれるＮＯｘを吸蔵する一方で、流通する排気がリッチ状態であるときには上記吸蔵したＮＯｘと排気に含まれる炭化水素や一酸化炭素とを反応させてこれらを窒素、二酸化炭素、水にして排気を浄化する。ちなみに、リーン状態とは排気の空燃比が理論空燃比よりも高い状態であり、リッチ状態とは排気の空燃比が理論空燃比よりも小さい状態である。

ＰＭフィルタ４４は、例えばモノリス型やペレット型等のフィルタであり、排気に含まれる微粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集する。このＰＭフィルタ４４にも上述する吸蔵型のＮＯｘ触媒が備えられており、ＰＭフィルタ４４に捕捉されたＰＭが該触媒の酸化作用によって酸化されて除去される。そして、排気浄化装置４０においては、流通する排気がリーン状態であるときに該排気に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵される。また、添加剤噴射バルブ４１からの未燃燃料により排気がリッチ状態になるときにはＮＯｘ触媒でＮＯｘが還元されるとともにＰＭフィルタ４４に捕集されたＰＭが酸化されて排気される。これにより、排気浄化装置４０は、排気に含まれるＰＭやＮＯｘ、炭化水素や一酸化炭素の浄化を行う。上述するディーゼルエンジン１０の各種制御は電子制御装置（ＥＣＵ５０：図２参照）によって行われる。

図２に示されるように、ＥＣＵ５０には各種センサからの検出信号が入力される入力処理回路５０Ａと、各種制御に関わるプログラムやデータを記憶するＲＯＭやＲＯＭ等からなる記憶部５０Ｂとが備えられている。またＥＣＵ５０には、各種制御に関わる算出処理を実行するＣＰＵ等からなる演算部５０Ｃと、各種装置を駆動するための駆動信号を生成して該駆動信号を各種アクチュエータへ出力する出力処理回路５０Ｄとが備えられている。

ＥＣＵ５０の入力処理回路５０Ａには、回転速度を検出する回転速度センサ５１と、冷却水温を検出する冷却水温センサ５２と、吸入空気量を検出するエアフロメータ５３と、吸気温度を検出する吸気温度センサ５４と、大気圧センサ５５とが接続されている。

回転速度センサ５１は、図示しないクランクシャフトの近傍に設けられており、クランクシャフトの回転速度に応じた信号を出力する。回転速度センサ５１からの検出信号は、ＥＣＵ５０へ入力された後に回転速度検出値として各種制御に用いられる。冷却水温センサ５２は、シリンダヘッド１２の周囲に設けられており、ウォータージャケット内における冷却水の温度である冷却水温に応じた信号を出力する。冷却水温センサ５２からの検出信号は、ＥＣＵ５０へ入力された後に冷却水温検出値として各種制御に用いられる。

エアフロメータ５３は、吸気通路２０におけるエアクリーナ２１とコンプレッサーホイール２２ａとの間に設けられており、吸気通路２０における吸入空気量に応じた信号を出力する。エアフロメータ５３からの検出信号は、ＥＣＵ５０へ入力された後に吸入空気量検出値として各種制御に用いられる。吸気温度センサ５４は、吸気通路２０におけるエアクリーナ２１とコンプレッサーホイール２２ａとの間に設けられており、吸気通路２０における吸気の温度である吸入空気温度に応じた信号を出力する。吸気温度センサ５４からの検出信号は、ＥＣＵ５０へ入力された後に吸入空気温検出値ＴＩｍｓとして各種制御に用いられる。大気圧センサ５５は、吸気通路２０におけるエアクリーナ２１とコンプレッサーホイール２２ａとの間に設けられており、吸気通路２０における大気圧に応じた信号を出力する。大気圧センサ５５からの検出信号は、ＥＣＵ５０へ入力された後に大気圧検出値として各種制御に用いられる。

ＥＣＵ５０の出力処理回路５０Ｄには、各種アクチュデータである燃料噴射弁１３、燃料ポンプ１６、吸気絞り弁２４、ＥＧＲ弁３３、及び添加剤噴射バルブ４１が接続されている。出力処理回路５０Ｄは、上記各センサの検出信号から把握される運転状態に基づいて各アクチュエータへの指令値、例えば燃料噴射弁１３に対する燃料噴射量や添加剤噴射バルブ４１に対する燃料添加量を算出し、該指令値に応じた指令信号を出力処理回路５０Ｄから各アクチュエータへ出力する。ＥＣＵ５０はこうした指令信号を出力することにより燃料噴射弁１３を用いた燃料の噴射時期制御や噴射量制御を実行し、また吸気絞り弁２４及びＥＧＲ弁３３を用いた吸入空気量制御やＥＧＲ量制御を実行し、さらに排気浄化装置４０を用いて排気浄化処理を実行する。

ところで、排気浄化装置４０のＰＭフィルタ４４では、ＰＭの堆積量が高くなるに連れてＰＭフィルタ４４での圧力損失が増大してしまう。そこで、ＥＣＵ５０はこうした圧力損失を抑制すべく、排気浄化処理の一環として、堆積したＰＭを一旦燃焼して浄化するためのＰＭ除去制御処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ５０はＰＭフィルタ４４に堆積したＰＭ量が限界値に達したと推定されるときに、添加剤噴射バルブ４１を用いて間欠的な燃料添加を繰り返し、排気中や触媒上での燃料の酸化反応を進行させることにより、該酸化反応の反応熱で触媒床温を昇温させる。そして触媒床温を例えば６００℃〜７００℃まで上昇させることにより堆積したＰＭを燃焼して浄化する。

また、排気浄化装置４０のＮＯｘ触媒では、燃料や潤滑油に含まれる硫黄分から生成されたＳＯｘがＮＯｘと共に吸蔵される。ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸蔵量には限界があるために、こうしたＳＯｘの吸蔵量が過度に多くなる場合にはＮＯｘの吸蔵能力を低下させてしまう（Ｓ被毒を招いてしまう）。そこで、ＥＣＵ５０はこうしたＳ被毒を抑制すべく、排気浄化処理の一環として、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元するためのＳ被毒回復制御処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ５０はＮＯｘ触媒におけるＳＯｘの吸蔵量が限界値に達したと推定されるときに、添加剤噴射バルブ４１を用いて間欠的な燃料添加を繰り返し、排気中や触媒上での燃料の酸化反応を進行させることにより、高温（例えば６００℃〜７００℃）でリッチ状態にある雰囲気をＮＯｘ触媒の周囲に形成する。そしてＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元して該ＮＯｘ触媒から放出させる。

また、排気浄化装置４０のＮＯｘ触媒では、ＮＯｘの吸蔵量に限界があるためにＮＯｘの吸蔵量が限界値に達する前に同ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元して放出させる必要がある。そこで、ＥＣＵ５０はＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量が限界値に達したと推定されるとき、排気浄化処理の一環としてＮＯｘ還元制御処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ５０は添加剤噴射バルブ４１を用いて間欠的な燃料添加を繰り返し、排気中や触媒上での燃料の酸化反応を進行させることにより、高温（例えば２５０℃〜５５０℃）でリッチ状態にある雰囲気をＮＯｘ触媒の周囲に形成する。そしてＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元して該ＮＯｘ触媒から放出させる。

図３は上述した排気浄化処理の一環をなすＰＭ除去制御処理を示すフローチャートであり、図４及び図５はこのＰＭ除去制御処理に利用する昇温制御処理及び排気温度推定処理を示すフローチャートである。ＰＭ除去制御処理の制御ルーチンは、ＥＣＵ５０により一定の時間毎に繰り返し実行される。なお、以降の説明においてはＰＭフィルタ４４の触媒床温をフィルタ触媒床温とし、昇温制御におけるフィルタ触媒床温の目標値を目標触媒床温という。

図３に示されるように、ＰＭ除去制御処理において、まずはＰＭフィルタ４４の触媒床温であるフィルタ触媒床温が目標値まで昇温させるための昇温制御処理が実行されているか否かをＥＣＵ５０が判定する（ステップＳ１１０）。この昇温制御処理が実行されていないときには（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、堆積したＰＭを除去するための条件であるＰＭ除去制御の実行条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１２０）。そしてＰＭ除去制御の実行条件が成立しているときには、フィルタ触媒床温を目標値まで昇温させるための昇温制御処理を実行して（ステップＳ１２１）、その後にＰＭ除去制御処理を一旦終了する。一方、ＰＭ除去制御処理において、まず昇温制御処理が実行されているときには（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ＰＭ除去制御の終了条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１３０）。そしてＰＭ除去制御の終了条件が成立していないときには（ステップ１３０：ＮＯ）、フィルタ触媒床温を目標値まで昇温させるための昇温制御処理を実行して、その後にＰＭ除去制御処理を一旦終了する（ステップＳ１２１）。また、ＰＭ除去制御の終了条件が成立しているときには（ステップ１３０：ＹＥＳ）、ＰＭ除去制御処理を一旦終了する（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）。

上述するＰＭ除去制御の実行条件としては、例えばＰＭフィルタ４４に堆積しているＰＭの堆積量（ＰＭ推定量）が限界値に達していること、又は触媒コンバータ４３の触媒床温の推定値が燃料の酸化反応を起こすために必要となる下限温度以上であることが挙げられる。なお、ＰＭ推定量が限界値に達していることは、例えばディーゼルエンジン１０の運転履歴である吸入空気量や燃料噴射量に基づくＰＭ堆積量が所定値以上であること、あるいはＰＭフィルタ４４の上流における圧力の検出値と下流における圧力の検出値との乖離度が所定値よりも大きいこと等に基づいて判断される。

上記昇温制御処理は一定の時間毎に繰り返し実行されるものであり、図４に示されるように、まずは目標触媒床温の設定が行われたか否かをＥＣＵ５０が判定する（ステップＳ２１０）。この目標触媒床温の設定が行われていないときには（ステップＳ２１０：ＮＯ）、運転状態を示す回転速度検出値や燃料噴射量に基づいてＥＣＵ５０が排気温度推定処理を実行して（ステップＳ２１１）、その後に目標触媒床温を算出する（ステップＳ２１２）。この目標触媒床温は、触媒コンバータ４３の正常時にＰＭフィルタ４４上のＰＭを燃焼させるために最低限必要とされる触媒床温よりも高い温度であり、例えば回転速度検出値及び燃料噴射量に対応付けられた目標触媒床温を示すマップに基づいて算出される。そして触媒コンバータ４３の正常時には、この昇温制御処理を通じてフィルタ触媒床温が目標触媒床温に維持されることにより、堆積しているＰＭが十分に燃焼されるようになる。

上述のように目標触媒床温の設定が行われると、ＥＣＵ５０は目標触媒床温に基づいて添加剤噴射バルブ４１による排気への燃料の添加量である燃料添加量を設定する（ステップＳ２１４）。すなわち、排気温度推定処理にて算出される推定排気温度ＴＥｐｒｅを用いてフィルタ触媒床温の推定値である推定フィルタ触媒床温を推定し、その推定フィルタ触媒床温と目標触媒床温との差に基づいて、フィルタ触媒床温が上記目標触媒床温を維持するために必要となる量の燃料添加量を算出する。そしてＥＣＵ５０により別途実行される燃料添加制御では、この燃料添加量が設定される毎に燃料同添加量の燃料を添加剤噴射
バルブ４１から噴射させるべく同添加剤噴射バルブ４１が制御される。こうして、添加剤噴射バルブ４１による燃料添加が繰り返して実行されることにより、フィルタ触媒床温が目標触媒床温または同目標触媒床温近傍に維持されるようになる。

上記排気温度推定処理は一定の時間毎に繰り返し実行されるものであり、図５に示されるように、まずは運転状態に関わる燃料噴射量及び回転速度に基づいてＥＣＵ５０が基準排気温度ＴＥｂａｓｅを算出する（ステップＳ３１０）。基準排気温度ＴＥｂａｓｅとは、内燃機関の運転状態の変動が少ない状態である所定の定常運転状態の下で予め得られた排気温度の検出値である。ここでは、燃料噴射量及び回転速度に対応付けられた基準排気温度ＴＥｂａｓｅを示す基準排気温度マップが利用されて、ＥＣＵ５０が燃料噴射量の算出値及び回転速度検出値をその基準排気温度マップに適用することにより基準排気温度ＴＥｂａｓｅを算出する。基準排気温度マップは、予め実施した試験等に基づいて上記定常運転状態での基準排気温度ＴＥｂａｓｅを燃料噴射量及び回転速度に対応付けてマップ化することにより構築される。

なお、ディーゼルエンジン１０においては、上記ＰＭ除去制御やＳ被毒回復制御等の実行に応じて燃料供給形態が切り替えられる。混合気の燃焼状態は、それぞれの燃料供給形態により異なるために、ＥＣＵ５０には燃料供給形態毎に基準排気温度マップが設定されている。そして、上記基準排気温度ＴＥｂａｓｅの算出に際しては、運転状態における燃料供給形態に応じた基準排気温度マップが選択されることにより、その燃料供給形態に応じた基準排気温度ＴＥｂａｓｅが算出される。また、ここでは基準排気温度ＴＥｂａｓｅを算出するためのパラメータとして回転速度を採用しているが、回転速度の指標値として吸入空気量を採用することもできる。

基準排気温度ＴＥｂａｓｅを算出すると、吸入空気量比ＧＮに基づいて前記基準排気温度ＴＥｂａｓｅを補正するための吸入空気量補正係数ＫｇａをＥＣＵ５０が算出する（ステップＳ３１１）。

吸入空気量比ＧＮとは、上記基準排気温度マップを構築したときの吸入空気量である基準吸入空気量に対する前記吸入空気量検出値の比率であり、エアフロメータ５３の検出値である吸入空気量検出値を用いて前記基準排気温度ＴＥｂａｓｅを補正するための比率を示す。ここでは、燃料噴射量及び回転速度に対応付けられた基準吸入空気量を示す基準吸入空気量マップが利用されて、ＥＣＵ５０が燃料噴射量の算出値及び回転速度検出値をその基準吸入空気量マップに適用することにより吸入空気量比ＧＮを算出する。なお基準吸入空気量マップは、予め実施した試験等に基づいて定常運転状態での基準排気温度ＴＥｂａｓｅを燃料噴射量及び回転速度に対応付けてマップ化することにより構築される。

吸入空気量補正係数Ｋｇａとは、上記吸入空気量比ＧＮにより規格化された補正係数であり、基準排気温度ＴＥｂａｓｅから吸入空気温検出値ＴＩｍｓを差し引いた温度に対して適用される。ここでは、吸入空気量比ＧＮに対応付けられた吸入空気量補正係数Ｋｇａを示す吸入空気量補正係数マップＭＡＰｇａ（図２参照）が利用されて、ＥＣＵ５０が吸入空気量比ＧＮの算出値をその吸入空気量補正係数マップＭＡＰｇａに適用することにより吸入空気量補正係数Ｋｇａを算出する。なお、吸入空気量補正係数マップＭＡＰｇａは、予め実施した試験等に基づいて吸入空気量補正係数Ｋｇａを吸入空気量比ＧＮに対応付けてマップ化することにより構築されており、例えば図６に示されるように、吸入空気量比ＧＮが増大するに連れて吸入空気量補正係数Ｋｇａが減少する傾向を示す。

燃焼室１１ａからの排気の温度は、吸入空気がそもそも有する熱量と、機関燃焼により同吸入空気が得る熱量とを加えたものである。上述するように、この吸入空気量補正係数Ｋｇａが、基準排気温度ＴＥｂａｓｅから吸入空気温検出値ＴＩｍｓを差し引いた温度、
言い換えれば機関燃焼により吸入空気が得る熱量に対して適用されることから、そもそも機関燃焼に関わる補正である吸入空気量比ＧＮに基づく補正が同機関燃焼に関わる熱量に対してのみ施されるようになる。

吸入空気量補正係数Ｋｇａを算出すると、ＥＣＵ５０は燃料噴射量の算出値に基づいて前記基準排気温度ＴＥｂａｓｅを補正するための図示出力補正係数Ｋｇａを算出する（ステップＳ３１２）。

図示出力補正係数Ｋｋｗとは、機関の図示出力に相関する相関値である単位時間あたりの燃料噴射量により規格化された補正係数であり、上記吸入空気量補正係数Ｋｇａと同じく、基準排気温度ＴＥｂａｓｅから吸入空気温検出値ＴＩｍｓを差し引いた温度に対して適用される。図示出力とは、燃料の燃焼により燃焼室１１ａにてなされた仕事であり、クランクシャフトに出力されるトルクに機械部品等のフリクショントルクや補機類の負荷トルクを加算したものである。ここでは、単位時間あたりの燃料噴射量に対応付けられた図示出力補正係数Ｋｋｗを示す図示出力補正係数マップＭＡＰｋｗ（図２参照）が利用されて、ＥＣＵ５０が燃料噴射量の算出値をその図示出力補正係数マップＭＡＰｋｗに適用することにより図示出力補正係数Ｋｋｗを算出する。

図示出力補正係数マップＭＡＰｋｗは、予め実施した試験等に基づいて図示出力補正係数Ｋｋｗを図示出力の相関値に対応付けてマップ化することにより構築されており、例えば図７に示されるように、相関値である燃料噴射量が増大するに連れて図示出力補正係数Ｋｋｗが減少する傾向を示す。ちなみに、図示出力に相関する相関値として燃料噴射量を利用するために、上記基準吸入空気量及び基準排気温度を算出するためのパラメータと同じパラメータの下で図示出力補正係数Ｋｋｗを得ることができる。それゆえ、これら基準吸入空気量、基準排気温度及び図示出力補正係数を異なるパラメータから算出する場合に比べて、複数のパラメータに起因する誤差を軽減させることができる。なお、図示出力補正係数Ｋｋｗを算出するためのパラメータとして単位時間あたりの燃料噴射量を採用しているが、図示出力に相関する相関値としては筒内圧センサの検出値等を採用することもできる。

上述したように燃焼室１１ａからの排気の温度は、吸入空気がそもそも有する熱量と、機関燃焼により同吸入空気が得る熱量とを加えたものである。上述するようにこの吸入空気量補正係数Ｋｇａが、基準排気温度ＴＥｂａｓｅから吸入空気温検出値ＴＩｍｓを差し引いた温度、言い換えれば機関燃焼により吸入空気が得る熱量に対して適用されることから、そもそも機関燃焼に関わる補正である図示出力に基づく補正が同機関燃焼に関わる熱量に対してのみ施されるようになる。

図示出力補正係数Ｋｋｗを算出すると、ＥＣＵ５０は基準排気温度ＴＥｂａｓｅ、吸入空気温検出値ＴＩｍｓ、吸入空気量補正係数Ｋｇａ及び図示出力補正係数Ｋｋｗを利用して、基準排気温度ＴＥｂａｓｅの補正値である推定排気温度ＴＥｐｒｅを式（２）に基づいて算出する（ステップＳ３１３）。

ＴＥｐｒｅ←（ＴＥｂａｓｅ−ＴＩｍｓ）×Ｋｇａ×Ｋｋｗ＋ＴＩｍｓ…（２）
式（２）においては、機関燃焼に関わる補正係数である吸入空気量補正係数Ｋｇａ及び図示出力補正係数Ｋｋｗが、基準排気温度ＴＥｂａｓｅと吸入空気温検出値ＴＩｍｓとの差分に対して適用される。それゆえ、基準排気温度ＴＥｂａｓｅの全体に対してこれら吸入空気量補正係数Ｋｇａ及び図示出力補正係数Ｋｋｗを適用する場合に比べて、推定値である推定排気温度ＴＥｐｒｅを精度良く得ることができる。この結果、推定排気温度ＴＥｐｒｅを利用する上記昇温制御処理においては精度良く推定フィルタ触媒床温を算出することができ、ひいてはフィルタ触媒床温に適した燃料添加量で燃料添加制御を実行するこ
とができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば以下の効果が得られる。
（１）定常運転状態に対応付けられた基準排気温度ＴＥｂａｓｅがその運転状態における吸入空気量比ＧＮ及び図示出力に基づき補正されるために、吸入空気量比ＧＮが及ぼす推定値への誤差に加えて、図示出力の違いが及ぼす推定値への誤差までもが軽減できる。それゆえ、運転状態に応じて図示出力が異なる場合であっても、その運転状態に応じた推定排気温度ＴＥｐｒｅを精度良く算出することができる。

（２）吸入空気量補正係数Ｋｇａ及び図示出力補正係数Ｋｋｗが基準排気温度ＴＥｂａｓｅから吸入空気温検出値ＴＩｍｓを差し引いた温度、言い換えれば機関燃焼により吸入空気が得る熱量に対して適用される。それゆえ、そもそも機関燃焼に関わる補正である吸入空気量比ＧＮ及び図示出力に基づく補正が同機関燃焼に関わる熱量に対してのみ施されることから推定排気温度ＴＥｐｒｅをより精度良く算出することができる。

（３）基準吸入空気量及び基準排気温度ＴＥｂａｓｅが共通する回転速度及び燃料噴射量に基づいて算出されるために、これら基準吸入空気量及び基準排気温度ＴＥｂａｓｅが異なるパラメータに対応付けられる場合に比べて、その運転状態に即した値をより簡便な構成の下で精度良く算出することができる。

（４）しかも図示出力に相関する相関値である燃料噴射量を利用して図示出力補正係数Ｋｋｗを算出するために、上記基準吸入空気量及び基準排気温度ＴＥｂａｓｅを算出するためのパラメータと同じパラメータの下で図示出力補正係数Ｋｋｗを得ることができる。それゆえ、これら基準吸入空気量、基準排気温度ＴＥｂａｓｅ及び図示出力補正係数Ｋｋｗを異なるパラメータから算出する場合に比べて、複数のパラメータに起因する誤差を軽減させることができ、ひいては運転状態に即した推定排気温度ＴＥｐｒｅをより簡便な構成の下で精度良く算出することができる。

なお、上記実施形態は次のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態における推定排気温度ＴＥｐｒｅを用いて触媒コンバータ４３の触媒床温の推定値である推定コンバータ触媒床温を算出し、Ｓ被毒回復制御ではこの推定コンバータ触媒床温を用いて燃料添加量を設定することもできる。ちなみに、ディーゼルエンジン１０においては、Ｓ被毒回復制御の実行中に燃料添加量が適正値を大きく下回っている場合、ＳＯｘが十分に還元されないことによりＮＯｘの吸蔵能力の低下を招くおそれがある。一方で、燃料添加量が適正値を大きく上回っている場合には、コンバータ触媒床温やフィルタ触媒床温が過度に高くなることにより触媒コンバータ４３やＰＭフィルタ４４の損傷を招くこともある。上記構成を採用した場合には、燃料添加量が適正値を大きく下回るあるいは上回るといった状態が生じ難くなるために、こうした問題の発生を抑制することができる。

・上記実施形態における推定排気温度ＴＥｐｒｅを用いて上記推定コンバータ触媒床温を算出し、ＮＯｘ還元制御ではこの推定コンバータ触媒床温を用いてコンバータ触媒床温が下限温度未満であるか否かを判定することもできる。ちなみに、ディーゼルエンジン１０においては、コンバータ触媒床温が下限温度未満であるにもかかわらず排気中への燃料の添加が行われたとき、触媒コンバータ４３において燃料の酸化反応が十分に生じないことに起因して種々の問題を招くおそれがある。上記構成を採用した場合には、適切な判定結果に基づいて添加剤噴射バルブ４１による燃料添加が実行されるため、こうした問題の発生を抑制することができる。

・上記実施形態の排気温度推定処理にて、まずは機関運転状態が定常運転状態であるか
否かを判断し、その運転状態が定常運転状態である場合には、上述するように吸入空気量補正係数Ｋｇａ及び図示出力補正係数Ｋｋｗに基づく補正を実施する形態であってもよい。吸入空気量補正係数マップＭＡＰｇａ及び図示出力補正係数マップＭＡＰｋｗが所定の定常運転状態にて構築されるマップであることから、このような構成にすることにより、運転状態に応じた吸入空気量補正係数Ｋｇａや図示出力補正係数Ｋｋｗを精度良く算出することができる。

・上記実施形態の推定排気温度ＴＥｐｒｅを算出するに際して、基準排気温度ＴＥｂａｓｅを吸入空気量補正係数Ｋｇａ及び図示出力補正係数Ｋｋｗで補正するようにした。これに加えて、冷却水温及び大気圧検出値に応じて基準排気温度ＴＥｂａｓｅを補正すべく設定された補正係数を基準排気温度ＴＥｂａｓｅに適用して上記推定排気温度ＴＥｐｒｅを算出してもよい。すなわち、吸入空気量補正係数マップＭＡＰｇａ及び図示出力補正係数マップＭＡＰｋｗの構築時における冷却水温及び大気圧と上記補正係数とを対応付けたマップを利用して、冷却水温検出値及び大気圧検出値を同マップに適用して算出した補正係数を基準排気温度ＴＥｂａｓｅに適用してもよい。このような構成によれば、各種補正係数に関わるマップ構築時の運転状態と推定時の運転状態との間において、冷却水温及び大気圧の差により生じる誤差をも軽減できる。

・上記実施形態では運転状態取得手段を構成するＥＣＵ５０が図示出力に相関する相関値である単位時間あたりの燃料噴射量を取得し、その取得した燃料噴射量を図示出力補正係数マップＭＡＰｋｗに適用することで図示出力補正係数Ｋｋｗを算出する。これを変更して、図示出力を用いて図示出力補正係数Ｋｋｗを算出する場合には、ディーゼルエンジン１０に設けられた筒内圧センサの検出値に基づいてＥＣＵ５０が図示出力を算出し、図示出力と図示出力補正係数Ｋｋｗとを対応付けたマップにその算出した図示出力を適用することで図示出力補正係数Ｋｋｗを算出してもよい。このような構成においても、図示出力に基づく補正を基準排気温度ＴＥｂａｓｅに適用する上では、上記実施形態に準じた効果を得ることができる。

・上記実施形態では、基準排気温度ＴＥｂａｓｅと吸入空気温検出値ＴＩｍｓとの差分に対して吸入空気量補正係数Ｋｇａ及び図示出力補正係数Ｋｋｗを適用した。これに限らず、吸入空気量比ＧＮ及び図示出力に基づく補正により推定値を算出する上では、基準排気温度ＴＥｂａｓｅの全体に対して吸入空気量補正係数Ｋｇａ又は図示出力補正係数Ｋｋｗを適用してもよい。

・上記実施形態では内燃機関をディーゼル機関に具体化したが、これに限らず他の内燃機関に適用することもできる。また、そうした場合にあっても上記実施形態の効果に準じた効果を得ることができる。

本発明にかかる排気温度推定装置における一実施形態の構成を示す概略図。 同実施形態の電子制御装置を示すブロック回路図。 同実施形態のＰＭ除去制御処理について処理の流れを示すフローチャート。 同実施形態の昇温制御処理について処理の流れを示すフローチャート。 同実施形態の排気温度推定処理について処理の流れを示すフローチャート。 同実施形態の吸入空気量比と吸入空気量補正係数との関係を示す図。 同実施形態の燃料噴射量と図示出力補正係数との関係を示す図。 従来例にかかる吸入空気量比と吸入空気量補正係数との関係を図示出力ごとに示す図。

符号の説明

ＧＮ…吸入空気量比、Ｋｇａ…吸入空気量補正係数、Ｋｋｗ…図示出力補正係数、ＭＡＰｇａ…吸入空気量補正係数マップ、ＭＡＰｋｗ…図示出力補正係数マップ、ＴＥｂａｓｅ…基準排気温度、ＴＥｐｒｅ…推定排気温度、ＴＩｍｓ…吸入空気温検出値、１０…ディーゼルエンジン、１１ａ…燃焼室、３０…排気再循環装置、４０…排気浄化装置、４１…添加噴射バルブ、５０…電子制御装置。

Claims (7)

1. 内燃機関の定常運転状態に対応付けられた基準排気温度をその運転状態に基づいて補正することにより排気温度を推定する排気温度推定方法であって、
   前記運転状態に対応付けられた基準吸入空気量に対する前記運転状態での吸入空気量の比率を示す吸入空気量比と、前記運転状態での図示出力とに基づく補正係数により前記基準排気温度を補正して推定排気温度を算出することを特徴とする排気温度推定方法。
2. 前記運転状態での吸入空気温度と前記基準排気温度との差分に対して前記補正係数を適用する請求項１に記載の排気温度推定方法。
3. 前記吸入空気量比に対応した吸入空気量補正係数と前記図示出力に相関する燃料噴射量に対応した図示出力補正係数とにより前記基準排気温度を補正する請求項１又は２に記載の排気温度推定方法。
4. 内燃機関の定常運転状態に対応付けられた基準排気温度をその運転状態に基づいて補正することにより排気温度を推定する排気温度推定装置であって、
   前記運転状態に対応付けられた基準吸入空気量に対する前記運転状態での吸入空気量の比率を示す吸入空気量比と前記運転状態での図示出力とに基づく補正係数を算出し、その算出した補正係数を用いて前記基準排気温度を補正することにより推定排気温度を算出することを特徴とする排気温度推定装置。
5. 前記運転状態での吸入空気温度と前記基準排気温度との差分に対して前記補正係数を適用する請求項４に記載の排気温度推定装置。
6. 前記運転状態を取得する運転状態取得手段を備え、
   前記運転状態取得手段が取得した前記図示出力に相関する相関値と前記吸入空気量比とに基づいて前記補正係数を算出することを特徴とする
   請求項４又は５に記載の排気温度推定装置。
7. 前記運転状態取得手段が取得した回転速度及び燃料噴射量に対応した前記基準吸入空気量を算出するとともに、その算出した基準吸入空気量と前記運転状態取得手段が取得した吸入空気量とから前記吸入空気量比を算出し、
   前記運転状態取得手段が取得した回転速度及び燃料噴射量に対応した前記基準排気温度を、前記吸入空気量比に対応した吸入空気量補正係数と、前記相関値である燃料噴射量に対応した図示出力補正係数とを用いて前記基準排気温度を補正することを特徴とする
   請求項６に記載の排気温度推定装置。

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