JP4190378B2 - 内燃機関の触媒床温推定装置、及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の触媒床温を推定する装置、及び内燃機関の排気系に設けられた触媒に対する未燃燃料成分の供給量を制御する内燃機関の制御装置に関するものである。

車載用ディーゼル機関等の内燃機関に適用される排気浄化装置として、窒素酸化物（ＮＯｘ）や微粒子物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）等の排気成分を浄化する触媒、及び排気中に燃料を添加する添加弁を備えたものが知られている。そして従来、例えば特許文献１に見られるように、上記添加弁から排気への燃料添加により、触媒に燃料を直接送り込んで未燃燃料成分を供給することで、触媒床温の高温化を図る昇温制御を行う内燃機関の制御装置が知られている。

こうした昇温制御中、ベース床温と目標床温との偏差に基づくことで、触媒床温を目標床温とするために必要な上記触媒に対する未燃燃料成分供給量の適量を求めることができる。ここでのベース床温とは、燃料添加を実施しない状態での触媒床温の推定値であり、そのベース床温と目標床温との差は、燃料添加による触媒温度の昇温代である。
特開２００２−２５６８５８号公報

昇温制御中の上記ベース床温は、機関回転速度や機関負荷（例えば燃料噴射量等）の機関運転状態に基づき推定して求めることができる。ところが、このように機関回転速度や機関負荷からベース床温を推定する場合、大気圧や外気温等の環境条件の変化によって、燃焼室から排出される排気の温度が変化してしまうこと等から、その推定に誤差が生じることがある。そうしてベース床温の推定誤差が生じれば、昇温制御中の触媒に対する未燃燃料成分の供給量に過不足が生じ、触媒床温の昇温不足や過昇温、応答性の低下といった昇温制御の制御性の悪化を招くこととなる。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、環境変化の影響による触媒床温の推定誤差の抑制、及び環境変化の影響による触媒床温制御の制御性悪化の抑制を図ることにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
（手段）
請求項１に記載の発明は、内燃機関の触媒床温推定装置であって、標準環境条件での機関運転状態に応じた触媒床温であるベース床温を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース床温算出手段と、前記標準環境条件での機関運転状態に応じた吸入吸気量であるベース空気量を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース空気量算出手段と、前記ベース空気量と実吸入空気量との偏差率に応じて前記ベース床温を補正して、触媒床温の推定値を算出する推定値算出手段と、を備えることをその要旨とする。

また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の触媒床温推定装置において、前記推定値算出手段は、前記ベース床温を更に外気温に応じて補正して前記触媒床温の推定値を算出することをその要旨とする。

請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられた触媒に対する未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温を昇温する昇温制御を実施する内燃機関の制御装置において、標準環境条件での機関運転状態に応じた吸入空気量であるベース空気量を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース空気量算出手段と、前記ベース空気量と実吸入空気量との偏差率に応じて前記未燃燃料成分の供給量を補正する補正手段と、を備えることをその要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、前記補正手段は、前記未燃燃料成分の供給量を更に外気温に応じて補正することをその要旨とする。
請求項５に記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられた触媒に対する未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温を目標床温まで昇温させる昇温制御を実施する内燃機関の制御装置において、未燃燃料成分が供給されていないときの標準環境条件での機関運転状態に応じた触媒床温であるベース床温を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース床温算出手段と、前記標準環境条件での機関運転状態に応じた吸入空気量であるベース空気量を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース空気量算出手段と、前記ベース空気量と実吸入空気量との偏差に応じて前記ベース床温を補正する補正手段と、その補正された前記ベース床温と前記目標床温との偏差に応じて前記未燃燃料成分の供給量を決定する供給量決定手段と、を備えることをその要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、前記補正手段は、前記ベース床温を更に外気温に応じて補正することをその要旨とする。
請求項７に記載の発明は、請求項３〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記触媒に対する未燃燃料成分の供給は、前記排気系の前記触媒の上流側に配設された添加弁から排気に対して燃料を添加することで行われることをその要旨とする。

請求項８に記載の発明は、請求項３〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記触媒に対する未燃燃料成分の供給は、当該内燃機関の燃焼室での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁から、該燃焼に供される燃料の噴射とは別途の燃料の副噴射を実施することで行われることをその要旨とする。

（作用効果）
排気温度や触媒床温自体の実測に基づくことなく、機関運転状態、すなわち機関回転速度や機関負荷（例えば燃料噴射量等）から排気系に設けられた触媒の床温を推定する場合、大気圧や外気温等の環境条件の変化によって、燃焼室から排出される排気の温度が変化してしまうこと等から、その推定に誤差が生じることがある。一方、環境条件の変化によっては、内燃機関の燃焼室内に導入される空気の量（吸入空気量）にも変化が生じる。こうした環境条件変化に対する吸入空気量の変化傾向と触媒床温の変化傾向との間には、高い相関性が存在する。すなわち環境条件の変化による吸入空気量の変化態様を見れば、その環境条件の変化に伴う触媒床温の変化態様を概ね把握することができる。

そこで請求項１に記載の構成では、標準環境条件での機関運転状態に応じた触媒床温であるベース床温を、機関回転速度及び機関負荷から求めるとともに、同じく機関回転速度及び機関負荷に基づいて標準環境条件での機関運転状態に応じた吸入空気量であるベース空気量を求めるようにしている。そして現状において実際に燃焼室内に導入されている空気量（実吸入空気量）を実測等を通じて求め、それらベース空気量と実吸入空気量との偏差率に応じて、先に算出したベース床温を補正して触媒床温の推定値を求めている。こうして環境条件変化に対する触媒床温の変化率に高い相関を有する吸入空気量の変化率を用いた補正を行えば、環境条件変化の影響による触媒床温の変化をその推定値に適正に反映することができる。したがって、環境変化の影響による触媒床温の推定誤差を好適に抑制することができる。

なお外気温が変化すれば、触媒から外気への放熱量が変化することから、外気温の変化によっても触媒床温が変化してしまう。その点、上記請求項２に記載の構成によれば、更に外気温に応じた補正がなされるため、そうした外気温変化に伴う触媒からの放熱量の変化の影響も触媒床温の推定値に反映させることができ、更なる推定誤差の抑制が可能となる。

一方、排気系に設けられた触媒に対する未燃燃料成分の供給を通じて、触媒床温の高温化を図る昇温制御を実施する内燃機関の制御装置がある。そうした昇温制御における触媒に対する未燃燃料の供給は、例えば請求項７に記載のように排気系の触媒上流側に配設された添加弁から排気に対して燃料を添加することで行うことができる。また請求項８に記載のように燃焼室での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁から、該燃焼に供される燃料の噴射とは別途の燃料の副噴射を実施することでも同様に、触媒に対して未燃燃料成分を供給することができる。

そうした昇温制御においては、昇温制御を実施しない状態での触媒床温であるベース床温に基づいて触媒に対する未燃燃料成分の供給量を決定することで、すなわち昇温制御による触媒床温の昇温代に応じてその供給量を決定することで、昇温制御中の触媒床温を適正に管理することができる。ところが、そうした昇温制御中の未燃燃料成分供給量の決定に際して、上記のような環境条件変化によるベース床温の変化が考慮されていなければ、供給量が不適切となり、正しく触媒床温を管理することができなくなってしまう。例えば環境条件変化により実際のベース床温が高温化した場合には、昇温制御中の触媒床温が過昇温されてしまう虞がある。

その点、請求項３に記載の構成では、そうした環境条件変化に対する触媒床温の変化率に高い相関を有する吸入空気量の変化率を用いて未燃燃料成分の供給量を補正するようにしている。また請求項５に記載の構成では、同様に吸入空気量の変化率を用いてベース床温を補正し、その補正したベース床温を用いて未燃燃料成分の供給量を決定するようにしている。そのため、これらの構成によれば、環境条件変化の影響によるベース床温の変化を、未燃燃料成分の供給量に適正に反映させることができ、環境変化の影響による触媒床温制御の制御性の悪化を好適に抑制することができる。

更に請求項４及び請求項６に記載の構成では、更に外気温に応じて未燃燃料成分の供給量やベース床温が補正されるため、上述したような外気温変化による触媒の放熱性の変化の影響も未燃燃料成分の供給量に適正に反映させて、昇温制御の制御性の更なる向上を図ることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態の適用される内燃機関１０の構成を示している。この内燃機関１０は、コモンレール方式の燃料噴射装置、及びターボチャージャ１１を備えるディーゼル機関となっており、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えて構成されている。

内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路１２には、その最上流部に配設されたエアクリーナ１５から下流側に向けて順に、エアフローメータ１６、上記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。また吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐され、吸気ポート２１を介して内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３に接続されている。更に吸気通路１２の上記インタークーラ１８の下流側には、燃焼室１３に導入される空気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサ５５が配設されている。

一方、内燃機関１０の排気系を構成する排気通路１４では、各気筒の燃焼室１３にそれぞれ接続された排気ポート２２は、排気マニホールド２３を介して上記ターボチャージャ１１の排気タービン２４に接続されている。また排気通路１４の排気タービン２４下流には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＰＭフィルタ２６、酸化触媒コンバータ２７が配設されている。

ＮＯｘ触媒コンバータ２５には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。このＮＯｘ触媒は、排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低いときにその吸蔵したＮＯｘを放出する。またＮＯｘ触媒は、上記ＮＯｘ放出時に、還元剤となる未燃燃料成分がその周囲に十分存在していれば、その放出されたＮＯｘを還元して浄化する。

ＰＭフィルタ２６は、多孔質材料によって形成されており、排気中のＰＭが捕集されるようになっている。このＰＭフィルタ２６にも、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５と同様に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＮＯｘの浄化が行われるようになっている。またこのＮＯｘ触媒によって触発される反応により、上記捕集されたＰＭが燃焼（酸化）されて除去されるようにもなっている。

酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒が担持されている。この酸化触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する。
なお排気通路１４の上記ＰＭフィルタ２６の上流側及び下流側には、ＰＭフィルタ２６に流入する排気の温度である入ガス温度を検出する入ガス温度センサ２８、及びＰＭフィルタ２６通過後の排気の温度である出ガス温度を検出する出ガス温度センサ２９がそれぞれ配設されている。また排気通路１４には、上記ＰＭフィルタ２６の排気上流側とその排気下流側との差圧を検出する差圧センサ３０が配設されている。更に排気通路１４の上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流側、及び上記ＰＭフィルタ２６と上記酸化触媒コンバータ２７との間には、排気中の酸素濃度を検出する２つの酸素センサ３１、３２がそれぞれ配設されている。

更にこの内燃機関１０には、排気の一部を吸気通路１２内の空気に再循環させる排気再循環（以下、ＥＧＲと記載する）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路３３を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３３の最上流部は、排気通路１４の上記排気タービン２４の排気上流側に接続されている。ＥＧＲ通路３３には、その上流側から、再循環される排気を改質するＥＧＲ触媒３４、その排気を冷却するＥＧＲクーラ３５、その排気の流量を調整するＥＧＲ弁３６が配設されている。そしてＥＧＲ通路３３の最下流部は、吸気通路１２の上記吸気絞り弁１９の下流側に接続されている。

一方、内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁４０がそれぞれ配設されている。各気筒の燃料噴射弁４０は、高圧燃料供給管４１を介してコモンレール４２に接続されている。コモンレール４２には、燃料ポンプ４３を通じて高圧燃料が供給される。コモンレール４２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール４２に取り付けられたレール圧センサ４４によって検出されるようになっている。更に燃料ポンプ４３からは、低圧燃料供給管４５を通じて、低圧燃料が添加弁４６に供給されるようになっている。

こうした内燃機関１０の各種制御を司る電子制御装置５０は、内燃機関１０の制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。電子制御装置５０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ５１やアクセル操作量を検出するアクセルセンサ５２、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ５３、外気温を検出する外気温センサ５４等が接続されている。また電子制御装置５０の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９やＥＧＲ弁３６、燃料噴射弁４０、燃料ポンプ４３、添加弁４６等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置５０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記吸気絞り弁１９の開度制御、上記ＥＧＲ弁３６の開度制御に基づくＥＧＲ制御、上記燃料噴射弁４０からの燃料噴射量、燃料噴射時期、及び燃料噴射圧の制御、上記添加弁４６からの燃料添加の制御等の各種制御が電子制御装置５０により実施されている。

以上の如く構成された本実施形態では、内燃機関１０の排気浄化性能を維持すべく、ＰＭ再生制御とＳ被毒回復制御とが必要に応じて実施されている。ＰＭ再生制御は、上記ＰＭフィルタ２６に捕集されたＰＭを燃焼させて浄化することで、同ＰＭフィルタ２６の目詰まりを防止するために実施される。またＳ被毒回復制御は、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６に担持されたＮＯｘ触媒の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸蔵によるＮＯｘ吸蔵能力の低下を解消すべく実施される。

これらのＰＭ再生やＳ被毒回復を行うには、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５やＰＭフィルタ２６の触媒床温を十分に高温化する必要がある。そこで、ＰＭ再生制御時やＳ被毒回復制御時には、ＰＭ再生やＳ被毒回復に必要な目標床温（例えば６００〜７００℃）まで触媒床温を昇温させる昇温制御が実施される。

昇温制御は、上記ＮＯｘ触媒に対する未燃燃料成分の供給量を増大させることで、排気中や触媒上での未燃燃料成分の酸化に伴う発熱により、触媒床温の高温化を図る制御である。昇温制御では、上記添加弁４６からの排気に対する燃料添加を比較的短い間隔で継続的に繰り返すことで、ＮＯｘ触媒に対して未燃燃料成分の供給量を増大させるようにしている。また昇温制御では、上記燃焼室１３での燃焼に供される燃料の噴射（パイロット噴射、メイン噴射）がなされた後の膨張行程中や排気行程中に、上記燃料噴射弁４０から燃料の副噴射（アフター噴射）を行うことでも、ＮＯｘ触媒に対する未燃燃料成分の供給量を増大させている。

図２は、そうした昇温制御に係る電子制御装置５０の処理ルーチンのフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、機関運転中に周期的に実施されている。
さて本ルーチンの処理が開始されると、電子制御装置５０はまずステップＳ１００において、昇温制御の実施条件が成立しているか否かの判定を行う。ここで電子制御装置５０は、実施条件が不成立であれば（ＮＯ）、そのまま本ルーチンの処理を一旦終了し、成立していれば（ＹＥＳ）、処理をステップＳ１１０に進める。ここでは、次の条件すべての成立をもって、昇温制御実施条件が成立したものとしている。

・ＰＭ再生、又はＳ被毒回復の要求時である。ここでのＰＭ再生要求は、上記差圧センサ３０の検出結果に基づき、上記ＰＭフィルタ２６の詰りの発生が確認されたときになされる。またＳ被毒回復要求は、機関運転状態の履歴に基づき算出されるＮＯｘ触媒のＳＯｘ吸蔵量が所定値を超えたときになされる。

・上記入ガス温度センサ２８の検出値及び機関運転状態の履歴から推定されるＮＯｘ触媒の触媒床温が、上記添加弁４６から添加された燃料の酸化反応を起こすために必要な最小温度Ａ以上となっている。

・入ガス温度センサ２８の検出値が、昇温制御に伴う発熱による触媒の過昇温を回避し得る温度範囲の上限値Ｂ未満である。
・出ガス温度センサ２９の検出値が、同じく昇温制御に伴う発熱による触媒の過昇温を回避し得る温度範囲の上限値Ｃ未満である。

・排気に対する燃料添加の実施が許可されている。すなわち、排気燃料添加の実施を許容できる機関運転状態にある。この内燃機関１０では、エンジンストール中でなく、気筒判別が終了しており、且つアクセル開度の制限がなされていないのであれば、排気燃料添加が許可されるようになっている。

ステップＳ１１０において電子制御装置５０は、添加弁４６からの排気に対する燃料の添加量、及び上記アフター噴射における燃料噴射弁４０からの燃料の噴射量（アフター噴射量）の算出を行う。ここでは、昇温制御を実施しない状態での触媒床温であるベース床温ｔｈｃｂと上記目標床温との偏差に、すなわち昇温制御による触媒床温の昇温代に基づいて、触媒床温を目標床温とするために必要な上記添加量及びアフター噴射量が求められる。

続くステップＳ１２０では、電子制御装置５０は、上記算出された添加量及びアフター噴射量に応じて上記添加弁４６及び燃料噴射弁４０に指令信号を出力して、排気燃料添加、及びアフター噴射を実施させる。以上による添加弁４６からの排気燃料添加、及び燃料噴射弁４０のアフター噴射を通じて、適量の未燃燃料成分がＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６に供給され、それら触媒床温が目標床温とされる。

続いて本実施形態における上記昇温制御での上記添加量及びアフター噴射量の算出に用いられる上記ベース床温の算出態様を説明する。
一般にベース床温は、機関運転状態、すなわち機関回転速度ｎｅと機関負荷とに基づいて推定して求められている。ちなみにディーゼル機関では通常、燃料噴射量が機関負荷の指標値として用いられている。ところが下記のように、例えば大気圧や外気温といった環境条件の変化によって燃焼室１３から排出される排気の温度が変化することから、単に機関回転速度ｎｅと機関負荷とに基づくだけでは、ベース床温の推定に誤差が生じてしまう。

図３は、等回転速度・等燃料噴射量で内燃機関１０を運転したときの大気圧の変化に対する触媒床温の変化を示している。燃料噴射量が同一であっても、大気圧が低下すれば、実際に燃焼室１３に供給される空気の量、すなわち実吸入空気量が減少し、同一の燃料噴射量でも、燃焼時の混合気の空燃比がリッチとなり、同図に示すように、大気圧の低下に応じて、触媒床温は上昇してしまうようになる。そのため、機関回転速度ｎｅと機関負荷とに基づくだけでは、こうした大気圧変化による触媒床温の変化を反映することができず、大気圧低下時にはベース床温が実際よりも低く見積もられてしまう。したがって、そうした状況で昇温制御を実施すれば、上記添加量及びアフター噴射量が過多となり、昇温制御の制御性の悪化やＮＯｘ触媒の過昇温を招く虞がある。

図４は、低大気圧下（７０ｋＰａ）で昇温制御が実施されたときの触媒床温と上記添加弁４６からの排気に対する燃料の添加量との関係が示されている。なお、同図の横軸は、標準大気圧において、触媒床温を目標床温（ここでは目標床温を５９０℃に設定）とするために必要な添加量に対する添加量の比を示している。なお、ここでは海抜０ｍでの平均大気圧（１０１．３ｋＰａ）を上記標準大気圧として用いている。

同図に示すように、７０ｋＰａの低大気圧条件では、触媒床温を同等の温度とするために必要な添加量は、標準大気圧の場合の約６０％程度となる。すなわち、大気圧が７０ｋＰａのときには、標準大気圧のときに比して添加量を４０％近く減量する必要がある。

図５の縦軸は、標準大気圧での昇温制御時を基準（１）とした昇温制御後の触媒床温の比である触媒床温偏差率を、又その横軸は、標準大気圧時を基準とした内燃機関１０の実吸入空気量の比である実吸入空気量偏差率をそれぞれ示している。そして同図には、そうした座標系に、大気圧以外の条件（添加量、燃料噴射量、外気温等）を一定として、異なる大気圧条件下でそれぞれ行われた上記昇温制御での実吸入空気量、及び触媒床温の測定結果がプロットされている。

同図に示すように、大気圧の変化による実吸入空気量の変化と触媒床温の変化との間には、高い相関性が存在する。より詳しくは、大気圧の変化による実吸入空気量の変化率と昇温制御下の触媒床温の変化率とは概ね比例関係がある。したがって、大気圧等の環境条件の変化による実吸入空気量の変化度合に基づき補正すれば、正確にベース床温を求めることができる。

ちなみに、大気圧が変化すれば、燃焼室１３に導入される空気の密度が変化することから、実質的に燃焼に供される空気の量が変化してしまう。そこで、上記実吸入空気量の変化度合に基づくベース床温の補正に際して、そうした大気圧による密度変化の影響も反映させるようにすれば、より正確なベース床温の推定が可能となる。

また外気温が変化すれば、触媒から外気への放熱の量が変化することから、外気温の変化によっても触媒床温（ベース床温）は変化する。よって、外気温変化による触媒からの放熱量の変化を反映させるように外気温に基づく補正を行えば、更にベース床温を正確に求めることができる。

そこで本実施形態では、環境条件の変化による実吸入空気量の変化率、及び外気温に基づく補正を行うことで、より正確な上記ベース床温の推定を可能としている。以下、そうした本実施形態でのベース床温の算出態様の詳細を、図６〜図８を併せ参照して説明する。

図６は、上記環境条件変化に伴う実吸入空気量の変化率の指標値であるＧＮ比ｇｎｒの算出ロジックを示している。同図に示すように、ＧＮ比ｇｎｒは、ベース空気量ｇｎｂｓｅと実吸入空気量ｇｎｄｌｙとの比として求められる（ｇｎｒ＝ｇｎｂｓｅ／ｇｎｄｌｙ）。

ベース空気量ｇｎｂｓｅは、標準環境条件、すなわち標準大気圧、標準外気温（例えば２０℃）における現状の機関運転状態での吸入空気量であり、機関回転速度ｎｅと燃料噴射量とに基づいて算出される。ここでは、上記燃料噴射量として、燃焼室１３での燃焼に供されるべく上記燃料噴射弁４０から噴射される燃料の実量（実噴射量ｑｆｉｎ）が用いられる。こうしたベース空気量ｇｎｂｓｅの算出は、電子制御装置５０のＲＯＭに記憶されたベース空気量演算マップを用いて行われる。このベース空気量演算マップには、予め試験等で求められた標準環境条件下での機関回転速度ｎｅ及び実噴射量ｑｆｉｎと吸入空気量との対応関係が記憶されている。

一方、ＧＮ比ｇｎｒの算出に際しては、実吸入空気量ｇｎｄｌｙが求められる。実吸入空気量ｇｎｄｌｙは、現状において実際に燃焼室１３に導入される空気量であり、下式（１）にて算出される。ここでｇｎ_(i)、ｇｎ_(i-1)はそれぞれ、今回、及び前回の演算周期における上記エアフローメータ１６の検出値を示している。またＴは、実吸入空気量ｇｎｄｌｙの演算間隔、すなわち前回の演算周期から今回の演算周期までの時間を示している。更にｋは、１次遅れ時定数であり、エアフローメータ１６から燃焼室１３までの空気流動の遅れの影響が実吸入空気量ｇｎｄｌｙの値に反映されるように、予め適切な値が設定されている。

ｇｎｄｌｙ＝ｇｎ_(i-1)＋（ｇｎ_(i)−ｇｎ_(i-1)）×Ｔ／ｋ …（１）

以上の如く求められたベース空気量ｇｎｂｓｅ及び実吸入空気量ｇｎｄｌｙからＧＮ比ｇｎｒを算出した後、そのＧＮ比ｇｎｒを用いてベース床温ｔｈｃｂの算出が行われる。図７は、そうした環境条件の変化を考慮したベース床温（以下これを環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍと記載する）の算出ロジックを示している。

同図に示すように、この環境補正後ベース床温ｔｈｃｂｃｍの算出に際しては、まずは環境変化の影響を考慮しないときのベース床温、すなわち環境補正前のベース床温ｔｈｃｂが求められる。この環境補正前のベース床温ｔｈｃｂは、機関回転速度ｎｅ及び実噴射量ｑｆｉｎに基づくベース床温演算マップを用いて算出される。このベース床温演算マップは、電子制御装置５０のＲＯＭ内に予め記憶されている。そしてその演算マップは、予め試験等で求められた標準環境条件下での機関回転速度ｎｅ及び実噴射量ｑｆｉｎと触媒床温との対応関係を示すものとなっている。

続いて、上記算出されたＧＮ比ｇｎｒと大気圧ｐａとに基づいて、上記環境条件の変化に対するベース床温ｔｈｃｂの変化度合に応じた補正係数ｍｔｈｃｂが求められる。この補正係数ｍｔｈｃｂは、標準環境条件を基準「１」としたときの環境条件変化に対する触媒床温の変化率がその値に設定される。

この補正係数ｍｔｈｃｂの算出は、電子制御装置５０のＲＯＭ内に予め記憶された、図８に例示するような補正係数演算マップを用いて行われる。同図８に示すように、補正係数ｍｔｈｃｂは、ＧＮ比ｇｎｒが大きいほどその値が大きく設定され、また大気圧ｐａが低いほどその値が大きく設定される。なお、ここでの補正係数ｍｔｈｃｂの算出に大気圧ｐａを用いることで、大気圧変化に伴う吸入空気の密度変化に起因した、エアフローメータ１６の検出値（流量）と実際の空気量（質量）との偏差を吸収するようにしている。

更に上記環境補正後ベース床温ｔｈｃｂｃｍの算出に際しては、上記外気温センサ５４によって検出された外気温ｔｈｏａに基づいて、外気温補正量ｇが求められる。この外気温補正量ｇは、外気温変化による触媒からの放熱量の変化に起因した触媒床温の変化分に相当する補正量であり、予め電子制御装置５０のＲＯＭ内に記憶された外気温補正量演算マップを用いて算出されている。この外気温補正量演算マップには、標準外気温を基準とした外気温毎の触媒床温の変化量が予め記憶されている。ちなみに、外気温補正量ｇは、外気温ｔｈｏａが低いとき程、その値が小さく設定される。また外気温補正量ｇは、外気温ｔｈｏａが上記標準外気温以下のときには負の値が設定され、上記標準外気温を超えるときには正の値が設定される。

そして上記吸気温度センサ５５によって検出された吸気温度ｔｈｉａと、上記算出された環境補正前のベース床温ｔｈｃｂとの温度差（ｔｈｃｂ−ｔｈｉａ）が求められる。そしてその温度差に対して上記補正係数ｍｔｈｃｂを乗算したものが、上記吸気温度ｔｈｉａに加算される。更にその値に上記外気温補正量ｇを加算して、上記環境補正後のベース床温ｔｈｃｂが求められる。すなわち、環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍは、下式（２）にて求められる。

ｔｈｃｂｃｍ＝ｔｈｉａ＋（ｔｈｃｂ−ｔｈｉａ）×ｍｔｈｃｂ＋ｇ …（２）

以上により算出された環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍは、上述した環境変化による触媒床温の変化が反映されたものとなる。よって、この環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍを用いて、昇温制御中の上記添加量及びアフター噴射量を設定すれば、環境変化に拘わらず適量の未燃燃料成分がＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６に供給されるようになる。

なお、以上説明した本実施形態では、図６のＧＮ比算出ロジックにおけるベース空気量演算マップを用いたベース空気量ｇｎｂｓｅの算出に係る処理が上記ベース空気量算出手段の処理に対応する。また図７の環境補正後のベース床温算出ロジックにおけるベース床温演算マップを用いた環境補正前のベース床温ｔｈｃｂの算出に係る処理が、上記ベース床温算出手段の処理に対応する。更に同ロジックでの補正係数ｍｔｈｃｂ及び外気温補正量ｇによる環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍの算出に係る処理が上記推定値算出手段及び上記補正手段の処理に対応する。更に、図２の昇温制御ルーチンにおいて、上記環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍに基づき添加量及びアフター噴射量を算出するステップＳ１１０の処理が、上記供給量決定手段の処理に対応する。

以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、環境条件変化に対する触媒床温の変化率に高い相関を有する吸入空気量の変化率の指標値であるＧＮ比ｇｎｒに基づきベース床温ｔｈｃｂを補正しているため、環境変化の影響による触媒床温（ベース床温）の推定誤差を好適に抑制することができる。またそうした環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍと目標床温との偏差に応じて昇温制御中の添加量及びアフター噴射量を決定しているため、環境条件変化の影響によるベース床温の変化を、未燃燃料成分の供給量に適正に反映させて、環境変化の影響による触媒床温制御の制御性の悪化を好適に抑制することができる。

（２）本実施形態では、上記ＧＮ比ｇｎｒに基づくベース床温ｔｈｃｂの補正に際して更に大気圧ｐａを考慮している。そのため、大気圧変化に伴う吸入空気の密度変化が実吸入空気量（質量）に与える影響についても好適に、ベース床温の推定値や未燃燃料成分の供給量に反映させることができる。

（３）本実施形態では、環境補正前のベース床温ｔｈｃｂと吸気温度ｔｈｉａとの温度差に対して上記ＧＮ比ｇｎｒに基づく補正を行い、その補正後の温度差に吸気温度ｔｈｉａを再び加算して環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍを求めている。そのため、吸気温度ｔｈｉａの変化が排気温度、触媒床温に与える影響についても、ベース床温の推定値や未燃燃料成分の供給量に反映させることができる。

（４）本実施形態では、上記ＧＮ比ｇｎｒに加え、更に外気温ｔｈｏａによってもベース床温を補正しているため、外気温変化に伴う触媒の放熱性の変化の影響についても、ベース床温の推定値や未燃燃料成分の供給量に反映させることができる。

なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、ＧＮ比ｇｎｒ及び大気圧ｐａに基づき補正係数ｍｔｈｃｂを求めているが、大気圧変化による吸気密度の変化が触媒床温に与える影響が無視できる場合等には、補正係数ｍｔｈｃｂの算出をＧＮ比ｇｎｒのみで行うようにしても良い。

・上記実施形態では、ＧＮ比ｇｎｒに応じたベース床温の補正については補正係数ｍｔｈｃｂの乗算により行い、外気温ｔｈｏａに応じた補正については、外気温補正量ｇの加算により行うようにしているが、そうした補正に係る演算手法は適宜変更しても良い。

・外気温変化による触媒の放熱性の変化がベース床温に与える影響が無視できるのであれば、上記環境補正後のベース床温算出ロジックでの外気温に基づくベース床温の補正を省略するようにしても良い。

・上記実施形態では、ベース床温を環境条件の変化に応じて補正し、そうした環境補正後のベース床温ｔｈｃｂｃｍを用いて未燃燃料成分の供給量を決定することで、環境変化がベース床温に与える影響をその供給量に反映させるようにしていたが、環境条件の変化に応じた補正をその供給量に直接行うようにしても良い。

・上記実施形態では、昇温制御中の上記添加弁４６の添加量、及びアフター噴射量の双方に対して上記環境条件の変化に応じた補正を行うようにしていたが、そうした補正をそれらのいずれか一方のみに行うことでも、同様の効果が奏せられるようにすることはできる。要は、昇温制御中にＮＯｘ触媒に対して供給される未燃燃料成分の総量が、上記環境条件変化の影響に応じて補正されるのであれば、上記と同様の効果を得ることができる。

・上記排気燃料添加及びアフター噴射のいずれか一方のみによって昇温制御を行ったり、或いはそれらとは別の手法にて触媒に対して未燃燃料成分の供給を行って昇温制御を行う内燃機関にも、本発明は同様に適用することができる。

・例えば排気温度や触媒床温を検出するセンサを備えていない内燃機関等では、機関運転状態に応じて排気系に設けられた触媒の昇温を推定して求めることが必要とされる場合がある。そうした場合、上記実施形態での環境補正後ベース床温ｔｈｃｂｃｍの算出と同様の算出ロジックは、その触媒床温推定値の算出ロジックとして採用すれば、環境変化の影響による誤差を抑制した適正な触媒床温の推定が可能となる。すなわち、昇温制御での未燃燃料成分供給量の決定に係るベース床温に限らず、機関運転状態に応じた触媒床温の推定が必要な場合であればその推定用に、上記算出ロジックを同様、或いはそれに準じた態様で適用することができる。

本発明の一実施形態の適用される内燃機関の全体構成を示す模式図。 同実施形態に適用される昇温制御処理のフローチャート。 大気圧に応じた触媒床温の変化を示すグラフ。 低大気圧条件での添加量と触媒床温との関係を示すグラフ。 環境変化による吸入空気量偏差率と触媒床温偏差率との相関関係を示すグラフ。 上記実施形態でのＧＮ比算出ロジックを示すブロック図。 同実施形態でのベース床温算出ロジックを示すブロック図。 同実施形態でのベース床温算出に用いられる補正係数とＧＮ比、大気圧との対応関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ターボチャージャ、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…エアフローメータ、１７…コンプレッサ、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…排気マニホールド、２４…排気タービン、２５…ＮＯｘ触媒コンバータ、２６…ＰＭフィルタ、２７…酸化触媒コンバータ、２８…入ガス温度センサ、２９…出ガス温度センサ、３０…差圧センサ、３１，３２…酸素センサ、３３…ＥＧＲ通路、３４…ＥＧＲ触媒、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲ弁、４０…燃料噴射弁、４１…高圧燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…レール圧センサ、４５…低圧燃料供給管、４６…添加弁、５０…電子制御装置、５１…ＮＥセンサ、５２…アクセルセンサ、５３…絞り弁センサ、５４…外気温センサ、５５…吸気温度センサ。

Claims (8)

1. 標準環境条件での機関運転状態に応じた触媒床温であるベース床温を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース床温算出手段と、
   前記標準環境条件での機関運転状態に応じた吸入吸気量であるベース空気量を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース空気量算出手段と、
   前記ベース空気量と実吸入空気量との偏差率に応じて前記ベース床温を補正して、触媒床温の推定値を算出する推定値算出手段と、
   を備える内燃機関の触媒床温推定装置。
2. 前記推定値算出手段は、前記ベース床温を更に外気温に応じて補正して前記触媒床温の推定値を算出する請求項１に記載の内燃機関の触媒床温推定装置。
3. 内燃機関の排気系に設けられた触媒に対する未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温を昇温する昇温制御を実施する内燃機関の制御装置において、
   標準環境条件での機関運転状態に応じた吸入空気量であるベース空気量を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース空気量算出手段と、
   前記ベース空気量と実吸入空気量との偏差率に応じて前記未燃燃料成分の供給量を補正する補正手段と、
   を備える内燃機関の制御装置。
4. 前記補正手段は、前記未燃燃料成分の供給量を更に外気温に応じて補正する請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関の排気系に設けられた触媒に対する未燃燃料成分の供給を通じて触媒床温を目標床温まで昇温させる昇温制御を実施する内燃機関の制御装置において、
   未燃燃料成分が供給されていないときの標準環境条件での機関運転状態に応じた触媒床温であるベース床温を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース床温算出手段と、
   前記標準環境条件での機関運転状態に応じた吸入空気量であるベース空気量を機関回転速度及び機関負荷に基づき算出するベース空気量算出手段と、
   前記ベース空気量と実吸入空気量との偏差に応じて前記ベース床温を補正する補正手段と、
   その補正された前記ベース床温と前記目標床温との偏差に応じて前記未燃燃料成分の供給量を決定する供給量決定手段と、
   を備える内燃機関の制御装置。
6. 前記補正手段は、前記ベース床温を更に外気温に応じて補正する請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記触媒に対する未燃燃料成分の供給は、前記排気系の前記触媒の上流側に配設された添加弁から排気に対して燃料を添加することで行われる請求項３〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記触媒に対する未燃燃料成分の供給は、当該内燃機関の燃焼室での燃焼に供される燃料を噴射する燃料噴射弁から、該燃焼に供される燃料の噴射とは別途の燃料の副噴射を実施することで行われる請求項３〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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