JP2012241556A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒コンバータの活性が不十分な場合に触媒コンバータの劣化診断を確実に禁止することが可能な内燃機関の制御装置を低コストで実現する。
【解決手段】内燃機関の排気管５と吸気管３の熱損失量に相関性があることを利用して、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差から求められる吸気管３における温度低下量から排気ガスの温度低下量を推定し、この低下量に応じた補正値を求める基本温度パラメータ補正手段２３を備えた。これにより、触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータを精度良く算出することができ、触媒コンバータ４の活性が不十分な場合に触媒コンバータ４の劣化診断を確実に禁止することが可能である。また、第１及び第２の吸気温度センサ９、１０として安価なサーミスタを用いることができるため、低コストで実現可能である。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、運転者に触媒コンバータの劣化を警告する機能を備えた内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、内燃機関の触媒コンバータの劣化を診断する装置（以下、触媒劣化診断装置）として、触媒コンバータの上流側と下流側に酸素濃度センサを配設し、これらの出力信号の相関性に基づいて触媒コンバータの酸素ストレージ能力を推定し、ストレージ能力が低い（上下流の酸素濃度センサの出力信号の相関性が高い）場合に、触媒コンバータが劣化したと診断するものが知られている（例えば特許文献１）。

このような触媒劣化診断装置においては、触媒コンバータの温度状態によって診断を禁止する制御手段を設けたものがある。これは、診断の対象となる触媒コンバータの温度が低い場合に、触媒コンバータが正常であっても酸素ストレージ能力が低くなり、劣化した触媒コンバータと同じ診断結果となるため、誤った診断をしてしまうからである。

この触媒劣化診断装置による診断を禁止する方法として、触媒コンバータ近傍に排気温度センサを配設し、排気温度センサで検出した排気温度が予め定められた所定の値を下回るときに、触媒コンバータの温度が低い、すなわち触媒コンバータの活性が不十分であり酸素ストレージ能力が低いと判定し、診断を禁止するものがある（特許文献２）。この例では、触媒コンバータ近傍に配設した排気温度センサにより排気温度を直接検出するため、触媒コンバータが活性不十分な状態を精度よく判定することができる。

また、別の従来装置として、内燃機関の機関負荷に関連したカウンタ増加領域とカウンタ減少領域とを有する暖機カウンタ設定値を決定し、この暖機カウンタ設定値のカウントを行う触媒コンバータの「暖機カウンタ」により触媒コンバータが所定の暖機状態であるか否か（触媒コンバータの温度が充分に高いか否か）を判定し、診断を禁止するものがある（特許文献３）。この例では、内燃機関の燃料制御に使用する吸気温度センサの情報を暖機カウンタの演算に流用することで、低温環境での触媒コンバータの温度の上昇速度の低下を認識するため、精度の高い活性状態の判定を行うことができる。

具体的には、吸気温度に応じたオフセット値を決定して暖機カウンタに加算する、あるいは吸気温度に応じて吸気温係数を決定してこの吸気温係数を暖機カウンタに乗算する、という手段を用いている。ここで、オフセット値あるいは吸気温係数は、吸気温度が低い（例えば０℃）場合に、通常の温度状態（例えば２０℃）より小さく設定される。これらの作用により、内燃機関が吸入する空気量が同じであっても、吸気温度が低いほど単位時間当たりの暖機カウンタ値の積算量が小さくなるため、暖機カウンタの上昇を遅くすることが出来る。

特許第４５７８５４４号公報 特開平８−１７７４６８号公報 特許第３２６５７９４号公報

しかしながら、特許文献２に提示された触媒劣化診断装置において用いられる排気温度センサは、極めて高温のガスに晒されるため、非常に耐久性の高いセンサが必要となり、コストが高いという問題があった。また、センサとして一般に使用されるゼーベック効果を応用した熱電対は、出力が微小電圧（例えば数十ｍＶ）であり、内燃機関の制御装置内でこの微小電圧を外部ノイズから保護しつつ、触媒劣化診断装置の各種演算処理を担うマイコンのＡ／Ｄ変換器（例えば、Ａ／Ｄ変換の分解能は５Ｖ／１０２４ｂｉｔ）で高精度に温度を認識するためには、センサの出力を増幅する複雑な回路が必要である。このため、制御装置の基板面積の大型化及び回路を構成する電子部品の増加により、さらにコストが高くなるという問題があった。

また、特許文献３に提示された触媒劣化診断装置は、特許文献２のものと比較して、排気温度センサ及び内燃機関の制御装置内の複雑な回路を必要としないため、コストを低く抑えることができる。しかし、吸気温度センサは、燃焼に寄与する内燃機関への吸入空気量を補正する目的で配設されているため、内燃機関の吸気ポート付近に配設される場合が多い。このため、内燃機関が高負荷状態で運転される場合、内燃機関の燃焼室からの受熱により吸気温度センサ付近の部材の温度が上昇し、外気温度よりも吸気温度センサで計測される吸気温度の方が高温になる。また、過給器を有する内燃機関においては、吸入空気が過給器によって圧力を高められる場合に、過給器よりも下流に配設される吸気温度センサで計測される吸気温度は、外気の温度よりも高温になる。

低温環境下において、吸気温度が外気温度よりも高温になる場合、特許文献３に記載された暖機カウンタでは、吸気温度に応じたオフセット値あるいは吸気温係数は、本来低温環境で選択されるべき値が設定されず、触媒コンバータの温度の上昇速度の低下を認識することができない。従って、触媒コンバータの温度が充分高くない、すなわち触媒コンバータの活性が不十分な場合にも、触媒コンバータの劣化診断を許可してしまう、という問題があった。

この問題を解決するために、吸気温度センサ付近の部材が燃焼室から受熱する分を考慮して、オフセット値あるいは吸気温係数が小さく設定される吸気温度の条件を予め高く設定する方法（例えば、オフセット値あるいは吸気温係数を小さく設定する領域を、吸気温度が３０℃以下の領域に拡大する）が考えられる。しかし、外気温度が高く且つ車両が受ける風が非常に強い場合には、吸気温度センサで計測される温度は高くても、内燃機関の燃焼室から触媒コンバータの間の排気管で奪われる熱量が非常に大きいため、触媒コンバータの温度が充分高くない場合に触媒コンバータの劣化診断を許可してしまうという問題が生じる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、触媒コンバータの活性が不十分な場合に触媒コンバータの劣化診断を確実に禁止することが可能な内燃機関の制御装置を低コストで実現することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側に配設された上流側酸素濃度センサと触媒コンバータの下流側に配設された下流側酸素濃度センサの出力信号の相関性に基づいて、触媒コンバータの劣化状態を判定する触媒劣化診断装置と、内燃機関の運転状態に基づいて触媒コンバータの温度に関連するパラメータの基本値を算出する基本温度パラメータ算出手段と、内燃機関の吸気通路に配設された第１の吸気温度センサが出力した吸入空気の第１の温度と、吸気通路の第１の吸気温度センサよりも燃焼室側に配設された第２の吸気温度センサが出力した吸入空気の第２の温度を取得し、第２の温度と第１の温度の差に基づいて決定された補正値を用いて基本温度パラメータ算出手段により算出されたパラメータの基本値を補正
し、触媒コンバータの温度に関連するパラメータを算出する基本温度パラメータ補正手段と、基本温度パラメータ補正手段により算出された触媒コンバータの温度に関連するパラメータと、内燃機関の運転状態を示す各種パラメータに基づいて、触媒劣化診断装置による診断を禁止する触媒劣化診断禁止手段を備えたものである。

本発明によれば、内燃機関の排気通路と吸気通路の熱損失量に相関性があることを利用して、第２の吸気温度センサの出力（第２の温度）と第１の吸気温度センサの出力（第１の温度）の差から求められる吸気通路における温度低下量から排気ガスの温度低下量を推定し、この低下量に応じた補正値を用いて基本温度パラメータ算出手段により算出されたパラメータの基本値を補正するようにしたので、低温環境下において第２の吸気温度センサの出力が外気温度よりも高くなる場合や、高温環境下で車両が受ける風が非常に強い場合でも、触媒コンバータの活性が不十分な状態を精度良く検出可能であり、また、第１及び第２の吸気温度センサとして安価なサーミスタを用いることができるため、触媒コンバータの活性が不十分な場合に触媒コンバータの劣化診断を確実に禁止することが可能な内燃機関の制御装置を低コストで実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関とその制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る触媒劣化診断装置における基本的な劣化検出の処理の流れを説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の外気温度２５℃、車両速度２０ｋｍ／ｈにおける回転速度と充填効率に対する触媒温度の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における基本温度パラメータ算出手段の処理の流れを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関における回転速度と充填効率と触媒コンバータの温度に関連するパラメータの基本値の関係を３次元マップ化した例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の外気温度０℃、車両速度２０ｋｍ／ｈにおける回転速度と充填効率に対する触媒温度の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の外気温度２５℃、車両速度８０ｋｍ／ｈにおける回転速度と充填効率に対する触媒温度の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の排気ガスの温度と触媒コンバータの温度の関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の排気ガスの温度と触媒コンバータの温度の関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の吸気管における温度低下量と排気管における温度低下量の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関における第２の吸気温度センサと第１の吸気温度センサの出力の差と排気管における温度低下量の関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における基本温度パラメータ補正手段の処理の流れを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関における第２の吸気温度センサと第１の吸気温度センサの出力の差と、排気管における温度低下量の関係を２次元テーブル化した例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置における触媒劣化診断禁止手段の処理の流れを示す図である。 本発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る内燃機関における第２の吸気温度センサと第１の吸気温度センサの出力の差と、吸気管における温度低下量の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る内燃機関における第２の吸気温度センサと第１の吸気温度センサの出力の差と、排気管における温度低下量の関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置における基本温度パラメータ補正手段の処理の流れを示す図である。 本発明の実施の形態２に係る内燃機関における第２の吸気温度センサと第１の吸気温度センサの出力の差と、吸入空気量と、排気管における温度低下量の関係を３次元マップ化した例を示す図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る内燃機関とその制御装置の構成を示し、図２は、本実施の形態１に係る内燃機関の制御装置の内部構成を示している。なお、図中、同一、相当部分には同一符号を付している。

図１に示すように、本実施の形態1に係る内燃機関は、燃焼室１、内燃機関が吸入する
空気中のダストを除去するエアクリーナ２、エアクリーナ２から内燃機関の燃焼室１へ吸入空気を導入する吸気通路である吸気管３、及び内燃機関の燃焼室１から触媒コンバータ４へ排気ガスを導入する排気通路である排気管５を備えている。内燃機関から排出される排気ガスは、触媒コンバータ４により浄化され大気に排出される。また、インジェクタ６は燃焼室１に燃料を供給し、点火プラグ７はシリンダ内部に火花を点火するものである。

内燃機関の吸気管３及び排気管５の各所には、様々な計測器が配設されている。吸気管３には、内燃機関が吸入する空気の量を計測するエアフローセンサ８が設けられている。また、吸気管３の燃焼室１から最も（可能な限り）遠い位置に、吸入空気の第１の温度を出力する第１の吸気温度センサ９が配設されている。さらに、吸気管３の第１の吸気温度センサ７よりも燃焼室１側には、吸入空気の第２の温度を出力する第２の吸気温度センサ１０が配設されている。

また、排気管５に設けられた触媒コンバータ４の上流側には、内燃機関の燃焼室１から排出される排気ガスの空燃比を検出する上流側酸素濃度センサである空燃比センサ１１が配設されている。さらに、触媒コンバータ４の下流側には、触媒コンバータ４の下流の排気ガスの酸素濃度を検出する下流側酸素濃度センサである酸素濃度センサ１２が配設されている。さらに、内燃機関のクランク機構近傍には、クランクシャフトの角度位置を検出するクランク角センサ１３と、クランクシャフトの特定の角度に対応して信号を発するクランクシグナルプレート１４がそれぞれ設けられている。

図１に示すように、エアフローセンサ８、第１の吸気温度センサ９及び第２の吸気温度センサ１０、空燃比センサ１１及び酸素濃度センサ１２、クランク角センサ１３及びクランクシグナルプレート１４からの出力信号は、内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）２０に入力される。内燃機関の制御装置２０は、クランク角センサ１３やエアフローセンサ８、第１及び第２の吸気温度センサ９、１０等から内燃機関の運転状態を検出して供給燃料量や点火時期を制御するとともに、触媒コンバータ４の劣化状態を検出する。

内燃機関の制御装置２０の内部構成について、図２を用いて説明する。図２に示すように、内燃機関の制御装置２０は、触媒劣化診断装置２１、基本温度パラメータ算出手段２
２、基本温度パラメータ補正手段２３、及び触媒劣化診断禁止手段２４を含んで構成されている。

触媒劣化診断装置２１は、触媒コンバータ４の上流側に配設された空燃比センサ１１と、触媒コンバータ４の下流側に配設された酸素濃度センサ１２の出力信号の相関性に基づいて、触媒コンバータ４の劣化度合いに応じた劣化判定パラメータを算出する。さらに、この劣化判定パラメータから触媒コンバータ４の劣化状態を判定し、運転者に警告を発するものである。

また、基本温度パラメータ算出手段２２は、エアフローセンサ８及びクランク角センサ１３から得られる内燃機関の運転状態の情報に基づいて触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値を算出する。なお、クランク角センサ１３の出力は、内燃機関のクランクの角度位置に対応した信号が出力されるため、単位時間当たりの出力信号数を計数することにより、内燃機関の回転速度を求めることができる。従って、以降の説明では、基本温度パラメータ算出手段２２への入力となるクランク角センサ１３の出力は、内燃機関の回転速度として扱うこととする。

基本温度パラメータ補正手段２３は、第１の吸気温度センサ９が出力した吸入空気の第１の温度と、第２の吸気温度センサ１０が出力した吸入空気の第２の温度を取得し、第２の温度と第１の温度の差に基づいて決定された補正値を用いて基本温度パラメータ算出手段２２により算出された触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値を補正し、触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータを算出する。

触媒劣化診断禁止手段２４は、基本温度パラメータ補正手段２３により算出された触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータと、内燃機関の運転状態を示す各種パラメータに基づいて、触媒コンバータ４が活性状態か否かを判断し、触媒コンバータ４が活性状態ではないと判断した場合には、触媒劣化診断装置２１による診断（触媒劣化検出処理の実行）を禁止する。

次に、触媒劣化診断装置２１における基本的な劣化検出の処理の流れについて、図３を用いて説明する。内燃機関の制御装置２０は、各種センサからの出力に基づいて運転状態を検出する運転状態検出手段２５と、この運転状態検出手段２５からの出力に基づいてインジェクタ６の燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整手段２６を備えている。触媒劣化診断手段２１の相対Ｏ_２ストレージ量算出手段２１２は、運転状態検出手段２５及び空燃比センサ１１からの出力に基づいて相対Ｏ_２ストレージ量を算出し、この算出結果により空燃比制御手段２１１は空燃比を制御する。

触媒劣化診断手段２１の触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段２１３は、触媒コンバータ４の上流に配設された空燃比センサ１１の出力に基づいて、触媒コンバータ４が完全に劣化した状態における酸素濃度センサ１２の出力信号を推定する。劣化判定パラメータ算出手段２１４は、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段２１３で算出された推定出力と実際の酸素濃度センサ１２の出力信号（実出力）を比較し、推定出力の実出力に対する近似度を劣化判定パラメータとして算出する。

劣化判定手段２１５は、劣化判定パラメータ算出手段２１４で算出された劣化判定パラメータの値と、予め実験的に設定された劣化判定基準値を比較し、劣化判定パラメータが劣化判定基準値を上回っている場合に、劣化であると判定する。この点について以下に詳細に説明する。

一般に、触媒コンバータ４の排気ガス浄化能力は、触媒コンバータ４が有する最大酸素
吸蔵量と相関性が高く、最大酸素吸蔵量が低下すると排気ガスの浄化能力は低下する。一方、最大酸素吸蔵量が低下してくると、内燃機関に対して空燃比をリッチ／リーンの交互に反転操作した際に得られる酸素濃度センサ１２の出力信号は、高電圧側（例えば約１Ｖ）と低電圧側（例えば約０Ｖ）に、交互に変動するようになる。

触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段２１３で算出される推定出力は、触媒の最大酸素吸蔵量がほとんど無くなった状態における酸素濃度センサ１２の挙動が算出されるため、内燃機関に対して空燃比をリッチ／リーンの交互に反転操作すると、高電圧側と低電圧側に交互に極めて大きく変動する。

従って、内燃機関に対して空燃比をリッチ／リーンの双方向に反転操作した際に得られる実際の酸素濃度センサ１２の出力と、触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段２１３で算出される出力から求められる劣化判定パラメータの値が大きい（両出力の近似度が高い）ほど、触媒コンバータ４の浄化能力が低い、すなわち劣化と判断することができる。劣化判定手段２１５で触媒コンバータ４を劣化と判定した場合には、故障ランプ等を点灯し、運転者に触媒コンバータ４の劣化（故障）を知らせる。

次に、基本温度パラメータ算出手段２２における基本温度パラメータの基本値の算出処理について、図４〜図６を用いて説明する。図４は、外気温度２５℃、車両速度２０ｋｍ／ｈにおける、内燃機関の回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃに対する触媒温度Ｔｃａｔの関係を示している。図４において、縦軸は充填効率（％）、横軸は内燃機関の回転速度（ｒ／ｍｉｎ）を示している。充填効率とは、エアフローセンサ８によって計測された空気量に基づいて算出された、内燃機関の燃焼室に吸入される１工程あたりの空気量を示すパラメータである。

図４に示すように、触媒温度Ｔｃａｔは、内燃機関の回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃに依存している。一般に、充填効率あるいは回転速度が高くなると、内燃機関が単位時間当たりに消費する燃料量が増加するため、内燃機関の燃焼室１から排気系に排出される単位時間当たりの熱量も増加する。従って、触媒コンバータ４へ入力される熱量は増加し、触媒コンバータ４の温度も上昇することになる。基本温度パラメータ算出手段２２では、内燃機関の回転速度と充填効率から、所定の条件（本例では、外気温度２５℃、車両速度２０ｋｍ／ｈ）における触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値を算出する。

図５は、基本温度パラメータ算出手段２２の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図５中、Ｓで始まる数字は処理の順番（ステップ）を示している。まず、ステップ１（Ｓ１）において、回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃを読み込む。続いて、ステップ２（Ｓ２）において、回転速度Ｎｅ、充填効率Ｅｃ、及び触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値の関係を示す３次元マップ（例えば図６に示すＮＥ-ＥＣ-ＴＥＭＰ（Ｎｅ，Ｅｃ））を参照し、Ｓ１で読み込んだＮｅ、Ｅｃに応じた触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値であるＴｃａｔｂを算出する。なお、図６に示す３次元マップは、図４で示した特性に基づいて予め作成されたものである。

次に、基本温度パラメータ補正手段２３における基本温度パラメータ補正処理について説明する。まず、内燃機関の回転速度と充填効率に対する触媒温度の関係とその原理について、図７〜図９を用いて説明する。図７は、外気温度０℃、車両速度２０ｋｍ／ｈにおける、内燃機関の回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃに対する触媒温度Ｔｃａｔの関係を示している。図７において、縦軸は充填効率（％）、横軸は内燃機関の回転速度（ｒ／ｍｉｎ）を示し、実線は外気温度０℃でのＴｃａｔ、点線は、図４で示した外気温２５℃でのＴｃａｔを示している。図７に示すように、同一の回転速度、充填効率であっても、外気温度によって触媒温度Ｔｃａｔは変化し、外気温度が低下することにより触媒温度Ｔｃａｔは
低下する。

また、図８は、外気温度２５℃、車両速度８０ｋｍ／ｈにおける、内燃機関の回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃに対する触媒温度Ｔｃａｔの関係を示している。図８において、縦軸は充填効率（％）、横軸は内燃機関の回転速度（ｒ／ｍｉｎ）を示し、実線は車両速度８０ｋｍ／ｈでのＴｃａｔ、点線は、図４で示した車両速度２０ｋｍ／ｈでのＴｃａｔである。図８に示すように、同一の回転速度、充填効率であっても、車両速度によって触媒温度Ｔｃａｔは変化し、車両速度が上昇することにより触媒温度Ｔｃａｔは低下する。

図７及び図８に示した特性、すなわち回転速度と充填効率に対する触媒温度の関係が得られる原理について、図９を用いて説明する。図９は、内燃機関の排気ガスの温度と触媒コンバータの温度の関係を示している。内燃機関の燃焼室１から排出された直後の排気ガスの温度Ｔｅｘ（Ｎｅ，Ｅｃ）は、内燃機関の回転速度Ｎｅと充填効率Ｅｃで一意に決まる。この排気ガスは排気管５を通じて触媒コンバータ４内に流入するが、この過程で排気管５において排気管５周辺の空気（大気）に熱量を奪われる。この奪われた熱量、すなわち熱損失量は、触媒コンバータ４周辺の空気の温度によって変化し、触媒コンバータ４周辺の空気の温度が低いほど大きくなる。

また、触媒コンバータ４周辺の空気の流れが速い場合は、周辺の空気が滞留している場合と比較して、触媒コンバータ４周辺の空気の温度が低く保たれるので、熱損失量は大きくなる。従って、排気管５における熱損失量は、排気管５周辺の空気の温度と流速によって決定される。

また、車両の走行速度が高いとき、あるいは、気象的な要因により車両が自然界から受ける風の風速が大きい場合に、触媒コンバータ４周辺の空気の流速は速くなることが分かっている。内燃機関から排出された排気ガスは、排気管５周辺の空気によって熱量を奪われた後、触媒コンバータ４に流入する。触媒コンバータ４では、排気ガス中に含まれる成分の酸化・還元反応によって反応熱が生じるため、触媒コンバータ４の温度は触媒コンバータ４に流入した排気ガスよりも、この反応熱の分だけ高くなる。

これらの現象を温度の単位系で示すと図９（ｂ）のようになる。内燃機関の燃焼室１から排出された直後の排気ガスの温度Ｔｅｘ（Ｎｅ，Ｅｃ）は、排気管５において、排気管５の周辺の空気の温度Ｔｉａ１と流速Ｗｓによって決定される温度低下量Ｔｅｘｌｓ（Ｔｉａ１，Ｗｓ）が減算されて、触媒コンバータ４へ流入する。さらに、触媒コンバータ４では、酸化還元反応による温度Ｔｃａｃｔが加算されて、最終的な触媒コンバータ４の温度Ｔｃａｔとなる。

次に、前述の温度低下量Ｔｅｘｌｓ（Ｔｉａ１，Ｗｓ）を推定する方法について、図１０を用いて説明する。大気から内燃機関の吸気管３の上流へ流入した空気は、内燃機関の燃焼室１から放出される熱を受ける、あるいは過給器によって加圧されることによって温度が上昇する。その後、吸気管３において吸気管３周辺の空気に熱量を奪われる。吸気管３周辺の空気の流れが速い場合は、周辺の空気が滞留している場合と比較して、吸気管３周辺の空気の温度が低く保たれるので、熱損失量は大きくなる。

従って、吸気管３における熱損失量は、吸気管３周辺の空気の温度と流速によって決定される。なお、この現象は、吸気側上流で過給器によって吸入空気が圧縮され、その下流でインタークーラー（熱交換器）により吸入空気の温度を下げる吸気系構成の内燃機関において特に顕著に現れる。

これらの現象を温度の単位系で示すと図１０（ｂ）のようになる。内燃機関の吸気管３
の上流へ流入した空気の温度Ｔｉａ１は、燃焼室１からの受熱あるいは過給器による吸入空気の圧縮により、吸入空気の温度上昇度Ｔｃｍｐが加算される。この後、吸気管３において、吸気管３周辺の空気の温度Ｔｉａ１と流速Ｗｓによって決定される温度低下量Ｔｉｌｓ（Ｔｉａ１，Ｗｓ）が減算されて、最終的な内燃機関の燃焼室１へ流入する空気の温度Ｔｉａ２となる。

このような原理により、排気管５と吸気管３における熱損失量は、いずれも周辺の空気の温度と流速に依存し、排気管５での熱損失量が大きい場合は、吸気管３の熱損失量も大きくなる性質を有することがわかる。すなわち、排気管５と吸気管３の熱損失量には相関性があり、熱損失量は損失前後の温度の低下量で推測できるので、吸気管３における温度低下量が分かれば、排気管５における熱損失量、ひいては排気ガスの温度の低下量を推定することができる。言い換えると、排気管５における温度低下量Ｔｅｘｌｓ（Ｔｉａ１，Ｗｓ）は、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓ（Ｔｉａ１，Ｗｓ）から推定することができる。

以上のことから、基本温度パラメータ補正手段２３では、第２の吸気温度センサ１０の出力である吸入空気の第２の温度（Ｔｉａ２）と、第１の吸気温度センサ９の出力である吸入空気の第１の温度（Ｔｉａ１）の差を求め、この差に応じて触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値の補正値を算出する。さらに、基本温度パラメータ算出手段２２により算出された触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値から、当該補正値を減算するものである。

図１０に示す温度の関係より、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓは、下記の式１より求められる。ただし、吸気管３が内燃機関の燃焼室１から離れたところに配置されている、あるいは過給器を持たない吸気系構成である場合、Ｔｃｍｐは内燃機関の運転状態に関わらず、ほぼ一定の値となる。このため、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓは、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）から一意に決定される。
Ｔｉｌｓ＝−（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）＋Ｔｃｍｐ （式１）

図１１は、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓと、排気管５における温度低下量Ｔｅｘｌｓの関係を示している。図１１に示すように、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓの増加に伴い、排気管５における温度低下量Ｔｅｘｌｓも増加する。これらの関係は、実験的に得ることができる。また、上記式１を変形した式２により、図１２に示すような（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）とＴｅｘｌｓの関係を得ることができる。
（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）＝−Ｔｉｌｓ＋Ｔｃｍｐ （式２）

図１２に示すように、（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）が０に近づく場合、すなわち内燃機関の燃焼室１付近における吸入空気の第２の温度（Ｔｉａ２）が、燃焼室１から最も遠い位置における吸入空気の第１の温度（Ｔｉａ１）に近づく場合、排気管５での温度低下量Ｔｅｘｌｓが大きいと推定することができる。

このような原理を利用することにより、基本温度パラメータ補正手段２３は、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差に基づいて、排気管５での温度低下量Ｔｅｘｌｓ、すなわち触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値を補正する補正値を求め、触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータを算出する。ここで算出されたパラメータは、触媒劣化診断禁止手段２４で触媒コンバータ４の活性状態を判定する際に適用される。

この基本温度パラメータ補正手段２３の処理の流れについて、図１３のフローチャート
を用いて説明する。まず、ステップ１１（Ｓ１１）において、第１の吸気温度センサ９の出力Ｔｉａ１と、第２の吸気温度センサ１０の出力Ｔｉａ２を読み込む。続いて、ステップＳ１２（Ｓ１２）において、基本温度パラメータ算出手段２２で算出された触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値Ｔｃａｔｂを読み込む。

続いて、ステップ１３（Ｓ１３）において、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差と、排気管５における温度低下量の関係を示す２次元テーブル（例えば図１４に示すＴＣＭＰＳＴ（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１））を参照し、Ｓ１１で求めた第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）に応じた補正値を求める。さらに、２次元テーブルから求めた補正値を、Ｓ１２で求めた基本値Ｔｃａｔｂから減じることにより、触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータＴｃａｔを算出する。なお、図１４に示す２次元テーブルは、図１２で示した特性に基づいて予め作成されたものである。

次に、触媒劣化診断禁止手段２４の処理の流れについて、図１５のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップ２１（Ｓ２１）において、基本温度パラメータ補正手段２３により算出された触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータＴｃａｔを読み込む。次に、ステップ２２（Ｓ２２）において、Ｓ２１で読み込んだＴｃａｔが、予め設定されている触媒コンバータ４の活性判定値以上か否かを判定し、Ｔｃａｔが活性判定値以上の場合（ＹＥＳ）は、触媒コンバータ４が活性していると判断してステップ２３（Ｓ２３）に進み、触媒劣化診断装置２１による触媒劣化検出処理を許可する。Ｔｃａｔが活性判定値未満の場合（ＮＯ）は、触媒コンバータ４の温度が低く十分に活性していないと判断してステップ２４（Ｓ２４）に進み、触媒劣化診断装置２１による触媒劣化検出処理を禁止する。

以上のように、本実施の形態１に係る内燃機関の制御装置２０によれば、内燃機関の排気管５と吸気管３の熱損失量に相関性があること、すなわち排気管５と吸気管３における熱損失量がいずれも周辺の空気の温度と流速に依存し、吸気管３における熱損失量が大きい場合は排気管５における熱損失量も大きいという特性を利用して、第２の吸気温度センサ１０の出力（Ｔｉａ２）と第１の吸気温度センサ９の出力（Ｔｉａ１）の差から求められる吸気管３における温度低下量から排気ガスの温度低下量を推定し、この低下量に応じた補正値を求めるようにしたので、第２の吸気温度センサ１０が燃焼室１から受熱する量や排気管５で奪われる熱の量に関らず、触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータを精度良く算出することができる。

その結果、低温環境下において、第２の吸気温度センサ１０の出力が外気温度よりも高くなる場合や、高温環境下で車両が受ける風が非常に強い場合でも、触媒コンバータ４の活性が不十分な状態を精度良く検出し、触媒コンバータ４の劣化診断を確実に禁止することができ、正常な触媒コンバータ４に対して劣化と診断してしまう誤診断を回避することができる。

また、内燃機関の燃焼室１付近に配設される第２の吸気温度センサ１０は、安価なサーミスタでよく、燃焼に寄与する内燃機関への吸入空気量を測定するために従来使用されていたものであるため、新たに追加する必要はない。また、内燃機関の燃焼室１から最も遠い位置に新たに配設された第１の吸気温度センサ９は、第２の吸気温度センサ１０と同様、安価なサーミスタでよい。さらに、内燃機関の制御装置２０内部の回路も少ない電子部品で簡素に構成できることから、先行例にある排気温度センサを使用した構成に比べて低コストで実現可能である。

実施の形態２．
図１６は、本発明の実施の形態２に係る内燃機関の制御装置の内部構成を示している。図１６に示すように、本実施の形態２に係る内燃機関の制御装置２０ａは、エアフローセンサ８の出力を、基本温度パラメータ補正手段２３ａに入力するようにした点で、上記実施の形態１と異なっている。なお、それ以外の内部構成については、上記実施の形態１（図２）と同様であるので、説明を省略する。

本実施の形態２に係る内燃機関の制御装置２０ａにおける基本温度パラメータ補正手段２３ａについて説明する。上記実施の形態１で説明したように、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓは、上記式１から求められる。式１における吸入空気の温度上昇度Ｔｃｍｐは、吸気管３が内燃機関の燃焼室１に近いところに配置されている、あるいは吸気系構成に過給器を有する場合、内燃機関が吸入する空気量に関連して変化する。

具体的には、充填効率あるいは回転速度が高くなり、内燃機関が吸入する空気量が増加すると、内燃機関が単位時間当たりに消費する燃料量が増加するため、内燃機関の燃焼室１から周辺部品に放出される単位時間当たりの熱量が増加し、吸入空気が受熱する量も増加する。また、内燃機関が吸入する空気量が増加すると、内燃機関の燃焼室１から排出される排気ガスの量も多くなるため、排気ガスの排出経路に配置された過給器用のタービンを高い回転で回すこととなり、過給圧力も上昇する。これらの結果より、Ｔｃｍｐは内燃機関が吸入する空気量の増加に伴って増大することになる。

図１７は、上記式１に関して、吸入空気の温度上昇度Ｔｃｍｐ＝Ｔｃｍｐ（Ｑａ１）の場合と、Ｔｃｍｐ＝Ｔｃｍｐ（Ｑａ２）の場合を、それぞれ、関数Ｆ１（実線）、関数Ｆ２（一点鎖線）として示している。ここで、Ｑａ１とＱａ２は、いずれも内燃機関の吸入空気量を示すパラメータであり、Ｑａ１＜Ｑａ２である。なお、図１７において、横軸は第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）（℃）、縦軸は、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓ（℃）である。

前述したように、吸入空気量が増加すると吸入空気の温度上昇度Ｔｃｍｐは増大するため、吸入空気量がＱａ１、Ｑａ２の場合の吸入空気の温度上昇度Ｔｃｍｐ（Ｑａ１）、Ｔｃｍｐ（Ｑａ２）の大小関係は、Ｔｃｍｐ（Ｑａ１）＜Ｔｃｍｐ（Ｑａ２）となる。また、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）がｔｄの場合、Ｆ１（ｔｄ）＜Ｆ２（ｔｄ）である。従って、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）が同一の場合、内燃機関の吸入空気量の増加に伴って、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓも増加する。

次に、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）と、排気管５における温度低下量Ｔｅｘｌｓの関係が、内燃機関の吸入空気量の増加に対してどのように変化するかについて説明する。前述の通り、吸気管３における温度低下量Ｔｉｌｓと排気管５における温度低下量Ｔｅｘｌｓは、吸気管３あるいは排気管５の周辺の空気の温度Ｔｉａ１と流速Ｗｓによって決定されるため、内燃機関の吸入空気量と直接関係しない。従って、ＴｉｌｓとＴｅｘｌｓの関係は、吸入空気量にかかわらず、上記実施の形態１で説明した図１１に示される関係を維持する。

そこで、図１７で示した（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）とＴｉｌｓの関係を、図１１で示したＴｉｌｓとＴｅｘｌｓの関係に適用し、パラメータＴｉｌｓを消去することにより、図１８で示すような（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）とＴｅｘｌｓの関係が得られる。図１８において、横軸は図１７と同様に（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）（℃）、縦軸は、排気管５における温度低下量Ｔｅｘｌｓ（℃）である。なお、Ｑａ１とＱａ２は、いずれも内燃機関の吸入空気量を示すパラメータであり、Ｑａ１＜Ｑａ２である。

図１８に示すように、Ｔｉｌｓ＝Ｆ１の場合の関数（実線）及びＴｉｌｓ＝Ｆ２の場合の関数（一点鎖線）は、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）がｔｄの場合に、それぞれｔｌｓ１、ｔｌｓ２となり、その大小関係は、ｔｌｓ１＜ｔｌｓ２である。すなわち、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）と、排気管５における温度低下量Ｔｅｘｌｓの関係は吸入空気量に依存して変化し、（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）が同一の場合、吸入空気量が多い状態の方がＴｅｘｌｓは増加する。

このような原理を利用することにより、本実施の形態２における基本温度パラメータ補正手段２３ａは、第１の吸気温度センサ９の出力と、第２の吸気温度センサ１０の出力に加え、エアフローセンサ８の出力すなわち内燃機関が吸入する空気量の測定値を取得し、図１８に示す関係を用いて、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）と吸入空気量（Ｑａ）から、排気管５における温度低下量Ｔｅｘｌｓを求め、触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータを算出する。ここで算出されたパラメータは、触媒劣化診断禁止手段２４で触媒コンバータ４の活性状態を判定する際に適用される。

この基本温度パラメータ補正手段２３ａの処理の流れを、図１９のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップ３１（Ｓ３１）において、第１の吸気温度センサ９の出力Ｔｉａ１、第２の吸気温度センサ１０の出力Ｔｉａ２、及びエアフローセンサ８の出力である吸入空気量Ｑａを読み込む。続いて、ステップ３２（Ｓ３２）において、基本温度パラメータ算出手段２２で算出された触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値Ｔｃａｔｂを読み込む。

続いて、ステップ３３（Ｓ３３）において、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差と、吸入空気量と、排気管５における温度低下量の関係を示す３次元マップ（例えば図２０に示すＭＣＭＰＳＴ｛（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１），Ｑａ｝）を参照し、Ｓ３１で求めた第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差（Ｔｉａ２−Ｔｉａ１）と吸入空気量Ｑａに応じた補正値を求める。さらに、３次元マップから求めた補正値を、Ｓ３２で求めたパラメータの基本値Ｔｃａｔｂから減じることにより、触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータＴｃａｔを算出する。なお、図２０に示す３次元マップは、図１８で示した特性に基づいて予め作成されたものである。

以上のように、本実施の形態２によれば、第２の吸気温度センサ１０の出力と第１の吸気温度センサ９の出力の差と、エアフローセンサ８の出力である吸入空気量Ｑａに基づいて触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータの基本値の補正値を算出するようにしたので、上記実施の形態１と同様の効果に加え、内燃機関の燃焼室１からの受熱による温度上昇量や過給器による加圧によって生じる温度上昇量が、内燃機関の吸入空気量によって変化する場合でも、触媒コンバータ４の温度に関連するパラメータを精度良く算出することができる。

本発明は、運転者に触媒コンバータの劣化を警告する機能を備えた内燃機関の制御装置にとして利用することができる。

１ 燃焼室、２ エアクリーナ、３ 吸気管、４ 触媒コンバータ、５ 排気管、
６ インジェクタ、７ 点火プラグ、８ エアフローセンサ、
９ 第１の吸気温度センサ、１０ 第２の吸気温度センサ、１１ 空燃比センサ、
１２ 酸素濃度センサ、１３ クランク角センサ、１４ クランクシグナルプレート、
２０、２０ａ 内燃機関の制御装置、２１ 触媒劣化診断装置、
２２ 基本温度パラメータ算出手段、２３、２３ａ 基本温度パラメータ補正手段、
２４ 触媒劣化診断禁止手段、２５ 運転状態検出手段、２６ 燃料噴射量調整手段、
２１１ 空燃比制御手段、２１２ 相対Ｏ_２ストレージ量算出手段、
２１３ 触媒劣化時酸素濃度センサ出力推定手段、
２１４ 劣化判定パラメータ算出手段、２１５ 劣化判定手段。

Claims (4)

1. 内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化する触媒コンバータの上流側に配設された上流側酸素濃度センサと前記触媒コンバータの下流側に配設された下流側酸素濃度センサの出力信号の相関性に基づいて、前記触媒コンバータの劣化状態を判定する触媒劣化診断装置、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて前記触媒コンバータの温度に関連するパラメータの基本値を算出する基本温度パラメータ算出手段、
   前記内燃機関の吸気通路に配設された第１の吸気温度センサが出力した吸入空気の第１の温度と、前記吸気通路の前記第１の吸気温度センサよりも前記燃焼室側に配設された第２の吸気温度センサが出力した吸入空気の第２の温度を取得し、第２の温度と第１の温度の差に基づいて決定された補正値を用いて前記基本温度パラメータ算出手段により算出された前記パラメータの基本値を補正し、前記触媒コンバータの温度に関連するパラメータを算出する基本温度パラメータ補正手段、
   前記基本温度パラメータ補正手段により算出された前記触媒コンバータの温度に関連するパラメータと、前記内燃機関の運転状態を示す各種パラメータに基づいて、前記触媒劣化診断装置による診断を禁止する触媒劣化診断禁止手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、前記第１の吸気温度センサは、前記吸気通路の前記燃焼室から可能な限り遠い位置に配設されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置であって、前記基本温度パラメータ補正手段は、前記内燃機関の前記排気通路と前記吸気通路における熱損失量がいずれも周辺の空気の温度と流速に依存し、前記吸気通路における熱損失量が大きい場合は前記排気通路における熱損失量も大きいという特性を利用して、吸入空気の第２の温度と第１の温度の差から求められる前記吸気通路における温度低下量から排気ガスの温度低下量を推定し、この低下量に応じた補正値を前記基本温度パラメータ算出手段により算出された前記パラメータの基本値から減算することにより、前記触媒コンバータの温度に関連するパラメータを算出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置であって、前記基本温度パラメータ補正手段は、さらに、前記内燃機関が吸入する空気量の測定値を取得し、吸入空気量が多いほど前記排気通路における温度低下量が大きくなる性質を利用して、吸入空気の第２の温度と第１の温度の差と、前記内燃機関が吸入する空気量に関連するパラメータに基づいて決定された補正値を用い、前記基本温度パラメータ算出手段により算出された前記パラメータの基本値を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images