JP4214415B2 - 触媒温度推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化用触媒の温度を推定する触媒温度推定装置に関するものである。

エンジンの排気系には排ガス中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）などの有害物質を浄化するための排気浄化用触媒が設けられている。この種の触媒の温度はエンジンの運転状態に応じて大きく変化するため、いかなる運転状態でも触媒の耐熱温度を越えないように、触媒温度の推定値に基づいて適切にエンジンを制御する必要がある。触媒温度の推定手法としては、定常運転時の排気温度を記憶しておき、過渡運転時には記憶している定常値をフィルタ処理して排気温度を推定している。

ところで、車両減速時に実行される燃料カット時には、排ガス中のＯ_２（酸素）と触媒上に吸着されているＣＯやＨＣとが反応することで多量の酸化反応熱が発生し、燃料復帰時には、燃料カット中に触媒上に吸蔵されたＯ_２により排ガス中のＣＯやＨＣが浄化されることで多量の浄化反応熱が発生する。従って、何れの場合も触媒の急激な温度上昇を引き起こすため、特に触媒温度を推定し難い条件となる。上記触媒温度の推定手法では、フィルタ処理により温度変化率を定常運転時より小さく推定しているだけのため、特に燃料カット及び燃料復帰が頻繁に繰り返される状況では、図７のタイムチャートに破線で示すように、実際の触媒温度からかけ離れた触媒温度が推定されてしまうという問題があった。

一方、上記とは別の触媒温度の推定手法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１の技術では、燃料カット以外の運転状態においては、エンジンから排出される排気温度を定常触媒温度と見なして、定常触媒温度から排気管壁温度を推定し、これらの定常触媒温度と排気管壁温度とから仮触媒流入排気温度を推定した上で、走行風による排気温度の低下量を見込んで仮触媒流入排気温度から推定した触媒流入排気温度に基づき触媒温度を推定する一方、燃料カット時には、以上の推定処理を中止して触媒温度の前回値をそのまま今回値としている。
特開２００４−２６３６０６号公報

上記特許文献１の触媒温度の推定手法のように燃料カット時に前回値をそのまま今回値として適用することは、燃料カット及び燃料復帰直時に触媒温度を変化しないものと推定していることを意味し、その推定値は例えば図７に示す従来手法と同様に、ＨＣやＣＯの酸化反応により急激に上昇する実際の触媒温度に対して大きく相違してしまう。よって、当該推定手法により推定された触媒温度に基づき燃料カット時や燃料復帰時の触媒温度の上昇を抑制できるようにエンジン制御を実行することは到底不可能であり、結果として耐熱温度を越えた温度上昇により触媒が破損する虞があった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、エンジンの燃料カット時や燃料復帰時の触媒温度の挙動を正確に推定でき、もって耐熱温度を越えた温度上昇による触媒の破損を未然に防止することができる触媒温度推定装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジンの排気通路に設けられた排ガス浄化用触媒の温度を推定する触媒温度推定装置において、上記エンジンの燃料カット時に上記触媒上に吸着している未燃燃料の成分量を算出する吸着未燃燃料成分量算出手段と、上記燃料カット時に排ガス中に含まれるＯ_２量を算出する排気Ｏ_２量算出手段と、上記吸着未燃燃料成分量算出手段により算出された吸着未燃燃料成分量と上記排気Ｏ_２量算出手段により算出された排気Ｏ_２量とが反応したときの反応熱量を算出する酸化反応熱量算出手段と、上記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、上記触媒に吸蔵されたＯ _２ 量と相関するＯ _２ ストレージ指標を算出するＯ _２ ストレージ指標算出手段と、上記触媒上の空燃比を推定する空燃比推定手段と、上記エンジンの燃料復帰時において、上記運転状態検出手段により検出されたエンジン運転状態、上記Ｏ _２ ストレージ指標算出手段により算出されたＯ _２ ストレージ指標、及び上記空燃比推定手段により推定された空燃比に基づき上記触媒の浄化反応により発生する反応熱量を算出する浄化反応熱量算出手段と、上記燃料カット時には上記酸化反応熱量算出手段により算出された反応熱量に基づき触媒温度を推定し、上記燃料復帰時には上記浄化反応熱量算出手段により算出された反応熱量に基づき触媒温度を推定する触媒温度推定手段とを備えたものである。

従って、燃料カット時において吸着未燃燃料成分量算出手段により触媒上に吸着している未燃燃料成分量が算出されると共に、排気Ｏ_２量算出手段により排ガス中に含まれるＯ_２量が算出され、これらの未燃燃料成分量とＯ_２量とが反応したときの反応熱量が酸化反応熱量算出手段により算出され、算出された反応熱量に基づき触媒温度推定手段により触媒温度が推定される。

燃料カット時には、排ガス中の多量のＯ_２と触媒上に吸着されているＣＯやＨＣなどの未燃燃料成分とが酸化反応することで多量の反応熱が発生し、この反応熱が触媒の温度を急激に上昇させる要因となるが、このような現象を反映した反応熱量に基づき触媒温度の推定処理が実行されることで、燃料カット時の触媒温度の挙動を正確に推定可能となる。
また、燃料復帰時においては運転状態検出手段によりエンジンの運転状態が検出され、Ｏ _２ ストレージ指標算出手段により触媒に吸蔵されているＯ _２ 量と相関するＯ _２ ストレージ指標が算出され、空燃比推定手段により触媒上の空燃比が推定される。これらのエンジン運転状態、Ｏ _２ ストレージ指標、空燃比に基づき触媒の浄化反応で発生する反応熱量が浄化反応熱量算出手段により算出され、算出された反応熱量に基づき触媒温度推定手段により触媒温度が推定される。
燃料復帰時には、燃料カット中に触媒上に吸蔵されたＯ _２ により排ガス中のＣＯやＨＣが浄化されることで多量の反応熱が発生し、この反応熱が触媒の温度を急激に上昇させる要因となるが、このような現象を反映した反応熱量に基づき触媒温度の推定処理が実行される。これにより燃料カット時に加えて燃料復帰時においても、触媒温度の挙動を正確に推定可能となる。
請求項２の発明は、請求項１において、空燃比推定手段が、Ｏ _２ ストレージ指標算出手段により算出されたＯ _２ ストレージ指標に基づき触媒がＯ _２ 吸蔵限界の上限近傍または下限近傍にあると判定したときには、排気空燃比検出手段により検出された排気空燃比を触媒上の空燃比と見なす一方、触媒が吸蔵限界の上限近傍または下限近傍にないと判定したときには、理論空燃比を触媒上の空燃比と見なすものである。

従って、Ｏ _２ ストレージ指標に基づき触媒がＯ _２ 吸蔵限界の上限近傍または下限近傍にあると判定したときには、排気空燃比が触媒上の空燃比と見なされて反応熱量の算出に適用される一方、触媒が吸蔵限界の上限近傍または下限近傍にないと判定したときには、理論空燃比が触媒上の空燃比と見なされて反応熱量の算出に適用される。
触媒がＯ _２ ストレージ機能を発揮しているときには、排気空燃比がストイキオ以外であっても触媒上の空燃比は理論空燃比に保持される一方、触媒がＯ _２ ストレージ機能を発揮していないときには、触媒上の空燃比は排気空燃比となることから、このような現象を反映した実状に則した正確な触媒上の空燃比に基づいて反応熱量、ひいては燃料復帰時の触媒温度の挙動を一層正確に推定可能となる。
請求項３の発明は、請求項１または２において、燃料カット時にエンジンから排出される排ガスと触媒との間の熱伝達量を算出する熱伝達量算出手段を備え、触媒温度推定手段が、熱伝達量算出手段により算出された熱伝達量と酸化反応熱量算出手段により算出された反応熱量とから触媒の温度を推定するものである。

従って、酸化反応熱量に加えて排ガスと触媒との間の熱伝達量を考慮して触媒の温度が推定されることから、燃料カット時の触媒温度の挙動を一層正確に推定可能となる。

請求項４の発明は、請求項１乃至３において、燃料カット時に触媒上に未燃燃料成分が吸着する吸着速度を算出する吸着速度算出手段と、燃料カット時に触媒上から未燃燃料成分が脱離する脱離速度を算出する脱離速度算手段とを備え、吸着未燃燃料成分量算出手段が、吸着速度算出手段により算出された吸着速度と脱離速度算手段により算出された脱離速度とに基づき、触媒上に吸着している未燃燃料成分量を算出するものである。

従って、吸着速度算出手段により算出された吸着速度と脱離速度算出手段により算出された脱離速度とに基づき、吸着リッチ成分量算出手段により触媒上の未燃燃料成分量が、例えば両者の差として算出される。このように具体的な触媒に対する未燃燃料成分の吸着速度及び脱離速度に基づき触媒上の未燃燃料成分量を算出することで、未燃燃料成分量、ひいては反応熱量をさらに正確に算出可能となる。

請求項５の発明は、請求項４において、吸着速度算出手段が、算出した未燃燃料成分の吸着速度より排ガス中の未燃燃料成分量が小のときには、排ガス中の未燃燃料成分量を吸着速度と見なすものである。
従って、未燃燃料成分の吸着速度より排ガス中の未燃燃料成分量が小のときには、排ガス中の未燃燃料成分量により触媒上への未燃燃料成分の吸着速度が制限されるが、この場合には排ガス中の未燃燃料成分量が吸着速度と見なされることで、一層正確な吸着速度、ひいては反応熱量を算出可能となる。

請求項６の発明は、請求項１乃至５において、触媒の活性状態に基づき触媒上の未燃燃料成分と排ガス中のＯ_２との反応速度を算出する反応速度算出手段を備え、酸化反応熱量算出手段が、吸着未燃燃料成分量、排気Ｏ_２量、反応速度の内の最小値に基づいて反応熱量を算出するものである。
従って、触媒の活性状態に基づき反応速度算出手段により触媒上の未燃燃料成分と排ガス中のＯ_２との反応速度が算出され、この反応速度、吸着未燃燃料成分量、排気Ｏ_２量の内の最も小の値に基づいて酸化反応熱量算出手段により反応熱量が算出される。

基本的に未燃燃料成分とＯ_２との反応は、吸着未燃燃料成分量と排気Ｏ_２量との何れか小の側の供給量により定まるが、反応速度を越える反応は不可能であるため、この反応速度を考慮することで一層正確な反応熱量を算出可能となる。
請求項７の発明は、請求項１乃至６において、触媒温度推定手段が、推定した触媒温度を触媒中の熱伝導を模擬した３次フィルタにより補正するものである。

従って、触媒中の熱伝導を模擬した３次フィルタ補正により触媒温度の挙動が一層正確に推定される。

以上説明したように請求項１の発明の触媒温度推定装置によれば、燃料カット時に触媒上に吸着している未燃燃料成分量と排ガス中に含まれるＯ_２量とが反応したときの反応熱量に基づき触媒の温度を推定するため、エンジンの燃料カット時の触媒温度の挙動を正確に推定でき、もって耐熱温度を越えた温度上昇による触媒の破損を未然に防止することができる。
また、燃料復帰時に触媒の浄化反応による反応熱量を算出して触媒温度を推定するため、燃料カット時に加えて燃料復帰時においても触媒温度の挙動を正確に推定することができる。
請求項２の発明の触媒温度推定装置によれば、請求項１に加えて、触媒のＯ _２ ストレージ機能の有無に応じた触媒上の空燃比に基づき反応熱量を算出するため、燃料復帰時の触媒温度の挙動を一層正確に推定することができる。

請求項３の発明の触媒温度推定装置によれば、請求項１または２に加えて、排ガスと触媒との間の熱伝達量を考慮することで、触媒温度の挙動を一層正確に推定することができる。

請求項４の発明の触媒温度推定装置によれば、請求項1乃至３に加えて、触媒に対する未燃燃料成分の吸着速度及び脱離速度から未燃燃料成分量を算出することで、さらに正確に反応熱量を算出することができる。

請求項５の発明の触媒温度推定装置によれば、請求項４に加えて、触媒上への未燃燃料成分の吸着速度が排ガス中の未燃燃料成分により制限される現象を考慮することで、さらに正確に反応熱量を算出することができる。
請求項６の発明の触媒温度推定装置によれば、請求項１乃至５に加えて、未燃燃料成分とＯ_２との反応速度を考慮して反応熱量を算出することで、さらに正確に反応熱量を算出することができる。

請求項７の発明の触媒温度推定装置によれば、請求項１乃至６に加えて、３次フィルタ補正により触媒温度の挙動を一層正確に推定することができる。

以下、本発明を具体化した触媒温度推定装置の一実施例を説明する。
図１は本実施形態の触媒温度推定装置を示す全体構成図であり、エンジン１は筒内噴射型火花点火式の直列４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。エンジン１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２と共に電磁式の燃料噴射弁３が取り付けられ、この燃料噴射弁３から燃焼室内に直接燃料が噴射される。シリンダヘッドには各気筒毎に略直立方向に吸気ポート４ａが形成されており、これらの吸気ポート４ａは吸気マニホールド４を介してスロットルバルブ５と接続され、スロットルバルブ５は図示しない吸気通路と接続されている。

又、シリンダヘッドには略水平方向に排気ポート６ａが形成されており、これらの排気ポート６ａには排気マニホールド６を介して排気通路７が接続されている。排気通路７の上流側には前段触媒８が配置され、下流側には床下触媒９が配置されている。前段触媒８及び床下触媒９は白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）などの貴金属を担持した三元触媒として構成され、本実施形態では床下触媒９を対象として温度推定の処理を実行している。なお、温度推定の対象となる触媒は床下触媒９に限ることはなく、例えば前段触媒８や図示しないＮＯx浄化用のＮＯx吸蔵触媒を対象として温度を推定するようにしてもよい。床下触媒９の上流側には空燃比センサ１０（排気空燃比検出手段）が配設され、空燃比センサ１０は床下触媒９に流入する排ガスの空燃比を検出する。

車室内には入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子コントロールユニット）２１が設置されている。ＥＣＵ２１の入力側には上記空燃比センサ１０、スロットルバルブ５の開度を検出するスロットルセンサ２２、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ２３、冷却水温を検出する水温センサ２４などの各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。ＥＣＵ２１の出力側には、上記点火プラグ２、燃料噴射弁３などの各種デバイス類が接続されている。

ＥＣＵ２１は各センサからの検出情報に基づいて点火時期や燃料噴射時期などを決定し、決定した制御量に基づいて点火プラグ２や燃料噴射弁３を駆動制御してエンジン１を運転する。また、アクセルオフによる車両減速及び所定車速以上などの所定の燃料カット条件が成立すると燃料カットにより燃料噴射を中止し、アクセルオンなどの所定の燃料復帰条件が成立すると燃料噴射を再開する。

そして、[背景技術]でも述べたように、燃料カット時及び燃料復帰時には床下触媒９の急激な温度上昇が発生するため触媒温度Ｔcatfを推定し難い条件となり、必然的に触媒温度Ｔcatfに基づいて温度抑制のための適切なエンジン制御を実行することも困難となる。そこで、本実施形態では燃料カット時及び燃料復帰時の反応熱を反映した床下触媒９の温度推定処理を実行しており、以下、当該温度推定処理について詳述する。

具体的な説明に先立って、燃料カット時及び燃料復帰時に触媒上で生起される反応と、当該反応に起因する触媒温度Ｔcatfへの影響について述べる。
燃料カット時及び燃料復帰時においても他の運転状態と同様に、基本的に触媒の昇温は排ガスと床下触媒９との間の熱伝達量ΔＨtに応じて行われるため、触媒温度Ｔcatfの推定には熱伝達量ΔＨtを考慮する必要がある。この熱伝達量ΔＨtによる触媒昇温に加えて、燃料カット時には、燃料カット以前に触媒９上に吸着されたＣＯやＨＣ（共に未燃燃料成分であり、以下の説明では代表としてＣＯと称するがＨＣも含むものとする）が排ガス中のＯ_２により酸化反応したときの反応熱で触媒温度Ｔcatfが上昇する現象が生じることから、このときの酸化反応熱量ΔＨrを触媒温度Ｔcatfの推定に反映させる必要がある。

また、燃料復帰時には、燃料カット中に触媒９に吸蔵されたＯ_２により排ガス中のＣＯやＨＣ（上記と同じく未燃燃料成分であり、代表としてＣＯと称する）が浄化されたときの反応熱で触媒温度Ｔcatfが上昇する現象が生じることから、このときの浄化反応熱量ΔＨcを触媒温度Ｔcatfの推定に反映させる必要がある。従って、以下に述べるように、燃料カット時には、排ガスと触媒９との間の熱伝達量ΔＨtに加えて酸化反応熱量ΔＨrを考慮して触媒温度Ｔcatfを推定し、燃料復帰時には、熱伝達量ΔＨtに加えて浄化反応熱量ΔＨcを考慮して触媒温度Ｔcatfを推定している。

まず、上記燃料カット時のＣＯ酸化反応熱量ΔＨrの算出処理について説明する。
図２はＥＣＵ２１のＦ／Ｃ時反応熱量算出部５０の処理を示す制御ブロック図である。燃料カット時には排ガス中のＯ_２との反応により触媒上からＣＯが脱離する現象のみならず、触媒上にＣＯが吸着する現象も並行して発生し、これらの現象が相俟って触媒９のＣＯ吸着率θco、ひいては燃料カット時の酸化反応熱量ΔＨrに影響を及ぼす。そこで、当該ＣＯ酸化反応熱量ΔＨrの算出処理では、触媒上からのＣＯの脱離及び触媒上へのＣＯの吸着を考慮して触媒９の吸着ＣＯ量CATcoを算出し、この吸着ＣＯ量CATcoをＣＯ酸化反応熱量ΔＨrの算出処理に反映させている。

図２においてＦ／Ｃ時反応熱量算出部５０の脱離定数算出部５１では、前回処理で推定された触媒温度Ｔcatfから予め設定されたマップに従って脱離速度定数Ｋredが求められる。触媒上からのＣＯの脱離速度Ｒredは触媒９の活性状態に応じて変化することから、活性状態と相関する触媒温度Ｔcatfに応じて脱離速度定数Ｋredが設定される。
吸着定数算出部５２では、触媒温度Ｔcatf及び空燃比センサ１０により検出された排気空燃比A/Fから予め設定されたマップに従って吸着速度定数Ｋadが求められる。触媒上へのＣＯの吸着速度Ｒadは触媒９の活性状態のみならず、排気空燃比A/Fに応じた排ガス組成の相違に影響されることから、触媒温度Ｔcatf及び排気空燃比A/Fに応じて吸着速度定数Ｋadが設定される。なお、排気空燃比A/Fは周知の演算手法によりエンジン運転状態などから推定してもよい。

吸着サイト算出部５３では、触媒温度Ｔcatfから予め設定されたマップに従って触媒９のＣＯ吸着のために機能する全ての吸着サイトρco（mol）が求められる。吸着サイトρcoは触媒固有の値であるものの、触媒９の活性状態に応じて変化することから、活性状態と相関する触媒温度Ｔcatfに応じて吸着サイトρcoが設定される。
ＣＯ濃度算出部５４では、排気空燃比A/Fから予め設定されたマップに従って排ガス中のＣＯ濃度Ｐco（atm）が求められる。ＣＯ濃度Ｐcoは排気空燃比A/Fと相関することから、排気空燃比A/Fに応じてＣＯ濃度Ｐcoが設定される。

一方、前回処理時の酸化反応熱量ΔＨrを算出する過程で触媒９のＣＯ吸着率θcoが算出されており、当該ＣＯ吸着率θcoは上記吸着サイトρcoとの間に次式(1)の関係が成立している。
θco＝rρco/ρco ………(1)
ここに、rρcoは実際の触媒９のＣＯ吸着サイトである。

上記ＣＯ吸着率θcoと、上記脱離定数算出部５１で算出された脱離速度定数Ｋred、及び吸着サイト算出部５３で算出された吸着サイトρcoとが脱離速度算出部５５に入力される。脱離速度算出部５５では、これらの入力値に基づき次式(2)に従って触媒上からのＣＯ脱離速度Ｒred（mol/sec）が算出される（脱離速度算出手段）。
Ｒred＝Ｋred・ρco・θco ………(2)
また、上記ＣＯ吸着率θcoは減算部５６に入力され、減算部５６では１からＣＯ吸着率θcoが減算される（１−θco）。減算部５６による算出値と、上記吸着定数算出部５２で算出された吸着速度定数Ｋad、吸着サイト算出部５３で算出された吸着サイトρco、及びＣＯ濃度算出部５４で算出されたＣＯ濃度Ｐcoとが吸着速度算出部５７に入力され、吸着速度算出部５７では、これらの入力値に基づき次式(3)に従って触媒上へのＣＯ吸着速度Ｒad（mol/sec）が算出される（吸着速度算出手段）。

Ｒad＝Ｋad・ρco・（１−θco）・Ｐco ………(3)
また、ＣＯ濃度算出部５４で算出されたＣＯ濃度Ｐco、全圧１（atm）、単位時間当たりの排ガス中の全物質量ｎ all（mol/sec）が分圧算出部５８に入力され、分圧算出部５８では次式(4)に従って分圧として排ガス中のＣＯ量GASco（mol/sec）が算出される。なお、詳細は説明しないが排ガス中の全物質量ｎ allは、吸入空気量Ｑ、空気及び燃料の分子量、排気空燃比A/Fなどに応じて周知の演算手法により算出される。

GASco＝Ｐco/１・ｎ all ………(4)
上記触媒上へのＣＯ吸着速度Ｒadと排ガス中のＣＯ量GAScoとは最小選択部５９に入力され、最小選択部５９では入力値の小の側を選択して最終的な触媒上へのＣＯ吸着速度Ｒadとして決定する。即ち、ＣＯ吸着速度Ｒadは触媒９のＣＯ吸着能力を意味する値であり、当該ＣＯ吸着速度Ｒad以上のＣＯ量GAScoを排ガスが有している場合には、ＣＯ吸着速度Ｒadが実際の触媒上へのＣＯ吸着速度Ｒadとなるが、排ガス中のＣＯ量GAScoがＣＯ吸着速度Ｒad未満の場合には、触媒上へのＣＯ吸着速度ＲadはＣＯ量GAScoに制限される。このため、最小選択部５９で何れか小の側を選択しているのである。

上記脱離速度算出部５５で算出されたＣＯ脱離速度Ｒred及び最小選択部５９で選択された触媒上へのＣＯ吸着速度Ｒadは単位時間吸着ＣＯ量算出部６０に入力され、単位時間吸着ＣＯ量算出部６０では次式(5)に従って単位時間当たりに触媒９に吸着する単位時間吸着ＣＯ量Δadθcoが算出される。
Δadθco＝Ｒad−Ｒred ………(5)
算出された単位時間吸着ＣＯ量Δadθcoは、触媒９の吸着サイトρco及びＥＣＵ２１の演算周期ｆ（例えば、0.1msec）と共に吸着率変化量算出部６１に入力され、吸着率変化量算出部６１では次式(6)に従って演算周期ｆ間のＣＯ吸着率θcoの変化量Δθcoが算出される。

Δθco＝Δadθco/ρco・ｆ ………(6)
ＣＯ吸着率θcoの変化量ΔθcoはＣＯ吸着率θcoと共に吸着率算出部６２に入力され、吸着率算出部６２ではＣＯ吸着率θcoを前回処理時の値θco(n-1)と見なし、次式(7)に従って今回のＣＯ吸着率θco(n)が算出される。
θco(n)＝θco(n-1)＋Δθco ………(7)
その後、ＣＯ吸着率θco(n)は吸着サイトρco及びＥＣＵ２１の演算周期fと共に吸着ＣＯ量算出部６３に入力され、吸着ＣＯ量算出部６３では次式(9)に従って現在触媒９に吸着されている吸着ＣＯ量の単位時間相当値CATco（mol/sec）が算出される（吸着リッチ成分量算出手段）。

CATco＝θco(n)・ρco / f………(9)
一方、Ｏ_２濃度算出部６４では、排気空燃比A/Fから予め設定されたマップに従ってＯ_２濃度Ｐo_２が求められる。上記ＣＯ濃度Ｐcoと同じくＯ_２濃度Ｐo_２は排気空燃比A/Fに応じて決定されるが、後述する反応速度式(10)に適用するときの便宜のために、このときマップからはＯ_２濃度Ｐo_２を1/2乗した値Ｐo_２ ^1/2が算出される。

反応速度定数算出部６５では、触媒温度Ｔcatfから予め設定されたマップに従ってＣＯとＯ_２とが反応するときの反応速度定数Ｋrが求められる。ＣＯとＯ_２との反応速度は触媒９の活性状態に応じて変化することから触媒温度Ｔcatfに応じて反応速度定数Ｋrが設定される。
Ｏ_２濃度算出部６４で算出されたＯ_２濃度Ｐo_２ ^1/2、反応速度定数算出部６５で算出された反応速度定数ＫrはＣＯ吸着率θco及び吸着サイトρcoと共に反応速度算出部６６に入力され、反応速度算出部６６では次式(10)に従ってＣＯとＯ_２とが反応可能な最大の反応速度ｒ（mol/sec）が算出される（反応速度算出手段）。

ｒ＝Ｋr・ρco・θco（Ｐo_２）^1/2………(10)
即ち、触媒上でのＣＯとＯ_２との最大の反応速度ｒはＣＯ量CATco（＝θco・ρco）とＯ_２濃度Ｐo_２との積により定まり、且つ次式(11)で示すようにＣＯとＯ_２との反応モル比が「２」であることから、上式(10)ではＯ_２濃度をＰo_２ ^1/2としているのである。
ＣＯ＋1/2Ｏ_２→ＣＯ_２………(11)
上式(11)に基づいて設定された反応モル比の「２」、Ｏ_２濃度算出部６４で算出されたＯ_２濃度Ｐo_２ ^1/2、全圧１（atm）、単位時間当たりの排ガス中の全物質量ｎ allは排気Ｏ_２量算出部６７に入力され、排気Ｏ_２量算出部６７では次式(12)に従って排ガス中のＯ_２量GASo_２（mol/sec）が算出される（排気Ｏ_２量算出手段）。

GASo_２＝２・Ｐo_２/１・ｎ all ………(12)
吸着ＣＯ量算出部６３で算出された触媒上の吸着ＣＯ量CATco、反応速度算出部６６で算出された反応速度ｒ、排気Ｏ_２量算出部６７で算出された排気Ｏ_２量GASo_２は最小選択部６８に入力され、最小選択部６８ではこれらの値の最小値がＣＯの反応量Ｒct（mol/sec）として選択される。基本的にＣＯとＯ_２との反応は、吸着ＣＯ量CATcoと排気Ｏ_２量GASo_２との何れか小の側の供給量により定まるが、反応速度ｒを越える反応は不可能であるため、反応速度ｒを加えた３つの要件の最小値がＣＯ反応量Ｒctとして決定される。

最小選択部６８で算出されたＣＯ反応量Ｒctはエンジン１の燃料カット中にセットされる燃料カットフラグと共にＦ／Ｃ判定部６９に入力され、Ｆ／Ｃ判定部６９では、燃料カットフラグのリセットにより燃料カット中でないと判定したときには０が選択され、燃料カットフラグのセットにより燃料カット中と判定したときにはＣＯ反応量Ｒctが選択される。Ｆ/Ｃ判定部６９で選択された値は燃料の反応熱量（例えば、283kJ/mol）及びＥＣＵ２１の演算周期ｆと共にΔＨr算出部７０に入力され、ΔＨr算出部７０ではこれらの値に基づき触媒上でのＣＯの酸化反応により発生するＣＯ酸化反応熱量ΔＨrが算出される（酸化反応熱量算出手段）。従って、Ｆ／Ｃ時反応熱量算出部５０からは燃料カット中でないときには０が出力され、燃料カット中にはＣＯ酸化反応熱量ΔＨrが出力される。

Ｆ/Ｃ判定部６９で選択された値（Ｒctまたは０）は吸着サイトρcoと共に吸着率減少分算出部７１に入力され、吸着率減少分算出部７１ではこれらの値に基づいてＣＯの反応により触媒上の吸着率の減少分Δrθcoが算出される。算出された吸着率減少分Δrθcoは上記吸着率算出部６２で算出された今回のＣＯ吸着率θco(n)と共に吸着率更新部７２に入力され、吸着率更新部７２では次式(13)に従って最新のＣＯ吸着率θcoが算出される。

θco＝θco(n)−Δrθco ………(13)
吸着率更新部７２で算出されたＣＯ吸着率θcoは上限クリップ部７３により上限を1.0に制限され、下限クリップ部７４により下限を０に制限される。各クリップ部７３，７４での処理は、何らかの要因により不適切なＣＯ吸着率θcoが算出された場合への対策であり、これらの処理後のＣＯ吸着率θcoが次回のＥＣＵ２１の処理で適用される。

次に、上記排ガスと触媒９との間の熱伝達量ΔＨt（kJ/sec）の算出処理について説明する。
図３はＥＣＵ２１の排ガス・触媒間の熱伝達量算出部８０の処理を示す制御ブロック図である。排ガスと触媒９との間の熱伝達量ΔＨtは、排ガスと触媒９との温度差、排ガスと触媒９との接触面積、及び熱伝達係数に依存し、これらの間には次式(14）が成立する。

ΔＨt＝h・Ｓv・（Ｔex−Ｔcatf）・Ｖcat ………(14)
ここに、Ｓvは触媒９の比表面積、ｈは熱伝達係数、Ｔexは推定処理により推定された排ガス温度、Ｔcatfは触媒温度、Ｖcatは触媒体積である。なお、ここではTexは、推定処理により推定された排ガス温度としているが、図１に示すように排気温度センサ１１を用いて検出するようにしてもよい。

図３において熱伝達量算出部８０の接触面積算出部８１では、予め設定されたマップに従って吸入空気量Ｑから触媒９の有効接触面積Ｓcatが算出される。有効接触面積Ｓcatは排ガスに対する触媒９の接触面積であり、上式(14)の触媒９の比表面積Ｓvと触媒体積Ｖcatとの積に相当する。
また、熱伝達係数算出部８２では、予め設定されたマップに従って吸入空気量Ｑ及び排ガス温度Ｔexから熱伝達係数ｈが算出される。温度差算出部８３では、排ガス温度Ｔexと仮触媒温度Ｔcat（触媒温度Ｔcatfのフィルタ処理前の値）との差ΔＴが算出される。

上記有効接触面積Ｓcat、熱伝達係数ｈ、温度差ΔＴはＥＣＵ２１の演算周期ｆと共にΔＨt算出部８４に入力され、ΔＨt算出部８４では各値が乗算され、結果として上式(14)に従って演算周期ｆ間の熱伝達量ΔＨt（kJ/sec）が算出される（熱伝達量算出手段）。
次に、上記燃料復帰時の触媒９に吸蔵されたＯ_２によるＣＯ浄化反応熱量ΔＨcの算出処理について説明する。

図４はＥＣＵ２１のＦ／Ｃ復帰時浄化熱量算出部１１０の処理を示す制御ブロック図、図５はＥＣＵ２１のＯ_２吸蔵率算出部９０の処理を示す制御ブロック図である。触媒上でのＣＯ浄化反応熱量ΔＨcはエンジン１の運転状態、即ち、エンジン回転速度Ｎｅ、充填効率Ｅｃ、触媒上の空燃比A/Fに依存し、これらの値から決定することができる。但し、触媒上の空燃比Ａ／Ｆは基本的に排気空燃比A/Fを適用できるが、触媒９によるＯ_２ストレージ機能の影響を受けることからこの点を考慮する必要がある。即ち、触媒９は排気空燃比A/Fがリーン側のときにＯ_２を吸蔵する一方、排気空燃比A/FがリッチのときにＯ_２を放出することで、排気空燃比A/Fをストイキオ（A/F=14.7）に保持する作用を奏するため、このようなＯ_２ストレージ機能が発揮されているときには、排気空燃比A/Fがストイキオ以外であっても触媒上の空燃比はストイキオに保持される一方、Ｏ_２ストレージ機能が発揮されていないときには、触媒上の空燃比は排気空燃比A/Fとなる。

そこで、当該ＣＯ浄化反応熱量ΔＨcの算出処理では、触媒９のＯ_２ストレージ機能と相関するＯ_２吸蔵率θo_２を算出し、算出したＯ_２吸蔵率θo_２をＣＯ浄化反応熱量ΔＨc（kJ/sec）の算出処理に反映させており、まず、Ｏ_２吸蔵率θo_２の算出処理について説明する。
上記燃料カット時の触媒上でのＣＯの挙動と同様に、燃料復帰時には排ガス中のＣＯとの反応により触媒上からＯ_２が放出される現象のみならず、排ガス中のＯ_２が触媒上に吸蔵される現象も並行して発生しており、これらの現象が相俟って触媒９のＯ_２吸蔵率θo_２、ひいては燃料復帰時のＣＯ浄化反応熱量ΔＨcに影響を及ぼす。そこで、当該ＣＯ浄化反応熱量ΔＨcの算出処理では、触媒上からのＯ_２の放出及び触媒上へのＯ_２の吸蔵を考慮して触媒９の吸蔵Ｏ_２量を算出し、この吸蔵Ｏ_２量をＣＯ浄化反応熱量ΔＨcの算出処理に反映させている。

図５においてＯ_２吸蔵率算出部９０の吸蔵サイト算出部９１では、触媒温度Ｔcatfから予め設定されたマップに従って触媒９のＯ_２吸蔵のために機能する吸蔵サイトρo_２（mol）が求められる。吸蔵サイトρo_２は触媒固有の値であるものの、上記ＣＯ吸着サイトと同じく触媒９の活性状態に応じて変化することから、活性状態と相関する触媒温度Ｔcatfに応じて吸蔵サイトρo_２が設定される。吸蔵サイトρo_２はＯ_２吸蔵率θo_２との間に次式(15)の関係が成立している。

θo_２＝rρo_２/ρo_２………(15)
ここに、rρo_２は実際の触媒９のＯ_２吸蔵サイトである。
吸蔵サイト算出部９１で算出された吸蔵サイトρo_２及び前回処理時のＯ_２吸蔵率θo_２はＯ_２放出能力量算出部９２に入力され、Ｏ_２放出能力量算出部９２では、これらの入力値に基づき次式(16)に従って現在の触媒９のＯ_２放出能力量Ｃred(mol)が算出される。

Ｃred＝ρo_２・θo_２・(−１) ………(16)
なお、上式(15)で−１の乗算によりＯ_２放出能力量Ｃredを負の値として設定しているのは、Ｏ_２放出がＯ_２吸蔵率θo_２に対して減少側に作用するためである。
また、減算部９３では１からＯ_２吸蔵率θo_２が減算され（１−θo_２）、減算後の値と上記吸蔵サイト算出部９１で算出された吸蔵サイトρo_２とがＯ_２吸蔵能力量算出部９４に入力され、Ｏ_２吸蔵能力量算出部９４では、これらの入力値に基づき次式(17)に従って現在の触媒９のＯ_２吸蔵能力量Ｃad(mol)が算出される。

Ｃad＝ρo_２・（１−θo_２） ………(17)
一方、Ｏ_２過不足量算出部９５では、排気空燃比A/Fから予め設定されたマップに従って排ガス中のＯ_２過不足量ΔＯ_２(vol%)が求められる。当該Ｏ_２過不足量ΔＯ_２はストイキオを基準としたＯ_２の過剰量またはＯ_２の不足量を意味し、排気空燃比A/Fに応じて設定される。設定されたＯ_２過不足量ΔＯ_２は単位時間当たりの排ガス中の全物質量ｎ all（mol/sec）と共に換算部９６に入力され、単位時間当たりの値（mol/sec）に換算される。

Ｏ_２消費量算出部９７では上記Ｆ／Ｃ時反応熱量算出部５０のＦ/Ｃ判定部６９から出力されたＣＯ反応量Ｒct（mol/sec）、及びＣＯとＯ_２との反応モル比の「２」が入力され、これらの入力値に基づき次式(18)に従って燃料カット中に触媒上のＣＯと反応して消費された排ガス中のＯ_２消費量expΔＯ_２が算出される。
expΔＯ_２＝Ｒct/２ ………(18)
減算部９８には、換算部９６で換算後のＯ_２過不足量ΔＯ_２、及びＯ_２消費量算出部９７で算出されたＯ_２消費量expΔＯ_２が入力され、次式(19)に従って、排ガスをストイキオにするために必要な（即ち、排ガスを浄化するために必要な）単位時間当たりのＯ_２量としてＯ_２ストイキオ必要量Δado_２が算出される。具体的には、排気空燃比A/Fがリッチ側で排ガス中のＣＯのＯ_２による酸化反応を要するときには触媒上からの放出Ｏ_２量（負の値）として、また、排気空燃比A/Fがリーン側で余剰Ｏ_２の吸蔵を要するときには触媒上への吸蔵Ｏ_２量（正の値）としてＯ_２ストイキオ必要量Δadθo_２が算出される。算出されたＯ_２ストイキオ必要量Δado_２は換算部９９に入力され、次式(20)に従って演算周期ｆ間の値Δadθo_２に換算される。

Δado_２＝ΔＯ_２−expΔＯ_２………(19)
Δadθo_２＝Δado_２・ｆ ………(20)
換算後のＯ_２ストイキオ必要量Δadθo_２は、上記触媒９のＯ_２放出能力量Ｃred及びＯ_２吸蔵能力量Ｃadと排気空燃比A/Fと共にＯ_２放出吸蔵量算出部１００に入力される。Ｏ_２放出吸蔵量算出部１００では、排気空燃比A/Fがストイキオ以下のリッチ側で、触媒上においてＯ_２の放出現象が生起されていると推測されるときには、Ｏ_２放出能力量ＣredとＯ_２ストイキオ必要量Δadθo_２との大の側が選択される（共に負の値のため絶対値では小の側となる）。また、排気空燃比A/Fがストイキオを越えてリーン側で、触媒上においてＯ_２の吸蔵現象が生起されていると推測されるときには、Ｏ_２吸蔵能力量ＣadとＯ_２ストイキオ必要量Δadθo_２との小の側が選択される。

即ち、排ガスのストイキオのために触媒能力（Ｃred，Ｃad）以上のＯ_２量（Δadθo_２）が要求されても、実際に使用されるＯ_２量は触媒能力相当分に制限され、逆にストイキオのために要求されるＯ_２量（Δadθo_２）を越える触媒能力（Ｃred，Ｃad）が確保されていても、全触媒能力の内のＯ_２量相当分だけが使用されることから、このような点を鑑みてＯ_２放出吸蔵量算出部１００での処理が設定されている。

Ｏ_２放出吸蔵量算出部１００で選択された値（ＣredまたはＣredまたはΔadθo_２）は吸蔵サイトρo_２と共に吸蔵率減少分算出部１０１に入力され、吸蔵率減少分算出部１０１ではこれらの値に基づいてＯ_２の反応により触媒上の吸蔵率の減少分Δrθo_２が算出される。算出された吸蔵率の減少分Δrθo_２は前回処理時のＯ_２吸蔵率θo_２共に吸蔵率更新部１０２に入力され、吸蔵率更新部１０２では次式(21)に従って最新のＯ_２吸蔵率θo_２が算出される（Ｏ_２ストレージ指標算出手段）。

θo_２＝θo_２＋Δrθo_２………(21)
吸蔵率更新部１０２で算出されたＯ_２吸蔵率θo_２は上限クリップ部１０３により上限を1.0に制限され、下限クリップ部１０４により下限を０に制限される。
以上のように算出された触媒９のＯ_２吸蔵率θo_２が図４に示すＦ／Ｃ復帰時浄化熱量算出部１１０のＡ／Ｆ判定部１１１に入力される。Ａ／Ｆ判定部１１１では、Ｏ_２吸蔵率θoが０（Ｏ_２の放出限界）または1.0（Ｏ_２の吸蔵限界）であり触媒９がＯ_２ストレージ機能を奏していないと判定したときには、触媒上の空燃比として排気空燃比A/Fが選択される（空燃比推定手段）。また、Ｏ_２吸蔵率θoが０＞θ0＞1.0の条件を満たして触媒９がＯ2ストレージ機能を奏していると判定したときには、触媒上の空燃比としてストイキオが選択される（空燃比推定手段）。

Ａ／Ｆ判定部１１１で判定された触媒上の空燃比は回転速度センサ２３により検出されたエンジン回転速度Ｎｅ（運転状態検出手段）及びエンジン１の運転状態に基づき算出された充填効率Ｅｃ（運転状態検出手段）と共にΔＨc算出部１１２に入力され、ΔＨc算出部１１２ではエンジン回転速度Ｎｅ、充填効率Ｅｃ及び触媒上の空燃比Ａ／Ｆに基づき予め設定されたマップに従って単位時間当たりのＣＯ浄化反応熱量ΔＨc（kJ/sec）が算出される（浄化反応熱量算出手段）。

算出されたＣＯ浄化反応熱量ΔＨcは燃料カットフラグと共にＦ／Ｃ判定部１１３に入力され、Ｆ／Ｃ判定部１１３では、燃料カットフラグのリセットにより燃料カット中でないと判定したときにはＣＯ浄化反応熱量ΔＨcが選択され、燃料カットフラグのセットにより燃料カット中と判定したときには０が選択される。Ｆ/Ｃ判定部１１３で選択された値はＥＣＵ２１の演算周期ｆと共に周期換算部１１４に入力され、周期換算部１１４ではこれらの値に基づき演算周期ｆ間のＣＯ浄化反応熱量ΔＨc（kJ）が算出される。従って、Ｆ／Ｃ復帰時浄化熱量算出部１１０からは燃料カット中でないときにはＣＯ浄化反応熱量ΔＨcが出力され、燃料カット中には０が出力される。

次に、最終的な触媒温度Ｔcatfの推定処理について説明する。
図６はＥＣＵ２１が実行する触媒温度推定部１２０の処理状況を示す制御ブロック図である。Ｆ／Ｃ時反応熱量算出部５０で算出された燃料カット時のＣＯ酸化反応熱量ΔＨr、上記Ｆ／Ｃ復帰時反応熱量算出部１１０で算出された燃料復帰時のＣＯ浄化反応熱量ΔＨc、熱伝達量算出部８０で算出された排ガス・触媒間の熱伝達量ΔＨtが総熱量算出部１２１に入力される。上記のように燃料カット時にはＣＯ酸化反応熱量ΔＨrと排ガス・触媒間の熱伝達量ΔＨtとが有効値として算出され、燃料復帰時にはＣＯ浄化反応熱量ΔＨcと排ガス・触媒間の熱伝達量ΔＨtとが有効値として算出されるため、総熱量算出部１２１ではそれぞれの場合に対応する２つの値が加算されて触媒温度上昇の要因となる総熱量ΣＨが算出される。

算出された総熱量ΣＨは温度上昇量算出部１２２に入力され、総熱量ΣＨと予め設定された触媒９の熱容量とに基づいて触媒９の温度上昇量ΔＴが算出されて触媒温度算出部１２３に入力される。触媒温度算出部１２３では前回処理時の仮触媒温度Ｔcat（以下に述べるフィルタ処理前の触媒温度）に温度上昇量ΔＴが加算されて仮触媒温度Ｔcatが算出される。この仮触媒温度Ｔcatが前回値として記憶されると共に、この仮触媒温度Ｔcatをベースとして触媒中の熱伝導を模擬した３次フィルタにより最終的な触媒温度Ｔcatfが算出される（触媒温度推定手段）。

３次フィルタのゲイン算出部１２４では予め設定されたマップにより吸入空気量ＱからフィルタゲインＫcaが設定される。図に示すように吸入空気量Ｑの増加に伴って次第にフィルタゲインＫcaも増加し、設定されたフィルタゲインＫcaが上記仮触媒温度Ｔcatと共に第１フィルタ部１２５に入力される。第１フィルタ部１２５では上記仮触媒温度Ｔcat、フィルタゲインＫca、前回処理時の第１触媒温度セルＴf1（第1フィルタ処理後の触媒温度）に基づき、今回の第１触媒温度セルＴf1が算出され、この第１触媒温度セルＴf1が記憶されると共に第２フィルタ部１２６に入力される。

第２フィルタ部１２６では上記第１触媒温度セルＴf1、フィルタゲインＫca、前回処理時の第２触媒温度セルＴf2（第２フィルタ処理後の触媒温度）に基づき、今回の第２触媒温度セルＴf2が算出され、この第２触媒温度セルＴf2が記憶されると共に第３フィルタ部１２７に入力される。
第３フィルタ部１２７では上記第２触媒温度セルＴf2、フィルタゲインＫca、前回処理時の第３触媒温度セルＴf3（第３フィルタ処理後の触媒温度）に基づき、今回の第３触媒温度セルＴf3が算出され、この第３触媒温度セルＴf3が記憶されると共に最終的な触媒温度Ｔcatfとして出力される。吸入空気量Ｑと共にフィルタゲインＫcaが増加されるほど、各フィルタ部１２５〜１２７の処理では前回値が反映され難くなって今回値に近い値が算出され、結果として最終的な触媒温度Ｔcatfは吸入空気量Ｑと相関する触媒中での熱伝導を模擬した値として算出される。

以上のように本実施形態の触媒温度推定装置では、燃料カット時において触媒上に吸着している吸着ＣＯ量CATcoと排ガス中に含まれるＯ_２量GASo_２とが反応したときのＣＯ酸化反応熱量ΔＨrを算出し、このＣＯ酸化反応熱量ΔＨrと排ガス・触媒間の熱伝達量ΔＨtとに基づいて床下触媒９の温度を推定する一方、燃料復帰時においては触媒上に吸蔵されたＯ_２により排ガス中のＣＯが浄化されたときのＣＯ浄化反応熱量ΔＨcを算出し、このＣＯ浄化反応熱量ΔＨcと熱伝達量ΔＨtとに基づいて床下触媒９の温度を推定している。従って、燃料カット時及び燃料復帰時の何れの場合でも触媒温度Ｔcatfの挙動を正確に推定でき、この触媒温度Ｔcatfに基づいて適切にエンジン制御を実行することにより、耐熱温度を越えた温度上昇による触媒９の破損を未然に防止することができる。

図７は燃料カットと燃料復帰が短い周期で繰り返されたときの触媒温度の推定状況を従来技術と比較した試験結果を示し、このような運転状態は運転者が頻繁にアクセルをオン・オフした場合が考えられる。燃料カット時に発生するＣＯ酸化反応熱量ΔＨr及び燃料復帰時に発生するＣＯ浄化反応熱量ΔＨcにより実触媒温度は排ガス温度Ｔexに比較して急激に上昇し、従来技術による推定値ではこの温度上昇がほとんど反映されない。これに対して本実施形態の推定手法によれば、実触媒温度に極めて近似する推定値Ｔcatfが得られており、この試験結果からも上記本発明の作用効果が裏付けられる。

また、本実施形態の触媒温度推定装置では、具体的な触媒上からＣＯが脱離するときのＣＯ脱離速度Ｒred、及び触媒上にＣＯが吸着するときのＣＯ吸着速度Ｒadに基づき、現在触媒９に吸着されている吸着ＣＯ量CATcoを算出し、しかも、触媒上へのＣＯ吸着速度Ｒadより排ガス中のＣＯ量GAScoが小であり、ＣＯ量GAScoによりＣＯ吸着速度Ｒadが制限されるときには、ＣＯ吸着速度ＲadとしてＣＯ量GAScoを選択するため、結果として吸着ＣＯ量CATco、ひいてはＣＯ酸化反応熱量ΔＨrさらに正確に算出することができる。

さらに、ＣＯ酸化反応熱量ΔＨrの算出処理に、触媒上の吸着ＣＯ量CATco及び排ガス中の排気Ｏ_２量GASo_２のみならずＣＯとＯ_２との反応速度ｒも考慮しているため、一層正確なＣＯ酸化反応熱量ΔＨrを算出することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では燃料カット時と燃料復帰時との双方で共に触媒温度Ｔcatfを推定したが、必ずしも燃料復帰時に触媒温度Ｔcatfを推定する必要はなく、例えば燃料カット時のみにＣＯ酸化反応熱量ΔＨrに基づいて触媒温度Ｔcatfを推定するようにしてもよい。また、上記実施形態ではエンジン１は筒内噴射型火花点火式のガソリンエンジンとして説明したが、これに限定されることはなく、吸気ポートに燃料を供給するガソリンエンジンであってもよく、またディーゼルエンジンでも本発明を適用可能である。

実施形態の触媒温度推定装置を示す全体構成図である。 ＥＣＵのＦ／Ｃ時反応熱量算出部の処理を示す制御ブロック図である。 ＥＣＵの排ガス・触媒間の熱伝達量算出部の処理を示す制御ブロック図である。 ＥＣＵのＦ／Ｃ復帰時浄化熱量算出部の処理を示す制御ブロック図である。 ＥＣＵのＯ_２吸蔵率算出部の処理を示す制御ブロック図である。 ＥＣＵの触媒温度推定部の処理状況を示す制御ブロック図である。 燃料カットと燃料復帰が短い周期で繰り返されたときの触媒温度の推定状況の試験結果を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
９ 床下触媒
１０ 空燃比センサ（排気空燃比検出手段）
２１ ＥＣＵ
２３ 回転速度センサ（運転状態検出手段）
５５ 脱離速度算出部（脱離速度算出手段）
５７ 吸着速度算出部（吸着速度算出手段）
６３ 吸着ＣＯ量算出部（吸着リッチ成分量算出部）
６５ 反応速度算出部（反応速度算出手段）
６７ 排気Ｏ2量算出部（排気Ｏ_２量算出手段）
７０ ΔＨr算出部（酸化反応熱量算出手段）
８４ ΔＨt算出部（熱伝達量算出手段）
１０２ 吸蔵率更新部（Ｏ_２ストレージ指標算出手段）
１１１ Ａ／Ｆ判定部（空燃比推定手段）
１１２ ΔＨc算出部（浄化反応熱量算出手段）
１２３ 触媒温度算出部１２３（触媒温度推定手段）

Claims (7)

1. エンジンの排気通路に設けられた排ガス浄化用触媒の温度を推定する触媒温度推定装置において、
   上記エンジンの燃料カット時に上記触媒上に吸着している未燃燃料の成分量を算出する吸着未燃燃料成分量算出手段と、
   上記燃料カット時に排ガス中に含まれるＯ_２量を算出する排気Ｏ_２量算出手段と、
   上記吸着未燃燃料成分量算出手段により算出された吸着未燃燃料成分量と上記排気Ｏ_２量算出手段により算出された排気Ｏ_２量とが反応したときの反応熱量を算出する酸化反応熱量算出手段と、
   上記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   上記触媒に吸蔵されたＯ _２ 量と相関するＯ _２ ストレージ指標を算出するＯ _２ ストレージ指標算出手段と、
   上記触媒上の空燃比を推定する空燃比推定手段と、
   上記エンジンの燃料復帰時において、上記運転状態検出手段により検出されたエンジン運転状態、上記Ｏ _２ ストレージ指標算出手段により算出されたＯ _２ ストレージ指標、及び上記空燃比推定手段により推定された空燃比に基づき上記触媒の浄化反応により発生する反応熱量を算出する浄化反応熱量算出手段と、
   上記燃料カット時には上記酸化反応熱量算出手段により算出された反応熱量に基づき触媒温度を推定し、上記燃料復帰時には上記浄化反応熱量算出手段により算出された反応熱量に基づき触媒温度を推定する触媒温度推定手段と
   を備えたことを特徴とする触媒温度推定装置。
2. 上記空燃比推定手段は、上記Ｏ_２ストレージ指標算出手段により算出されたＯ_２ストレージ指標に基づき上記触媒がＯ_２吸蔵限界の上限近傍または下限近傍にあると判定したときには、排気空燃比検出手段により検出された排気空燃比を上記触媒上の空燃比と見なす一方、上記触媒が吸蔵限界の上限近傍または下限近傍にないと判定したときには、理論空燃比を上記触媒上の空燃比と見なすことを特徴とする請求項１記載の触媒温度推定装置。
3. 上記燃料カット時に上記エンジンから排出される排ガスと上記触媒との間の熱伝達量を算出する熱伝達量算出手段を備え、
   上記触媒温度推定手段は、上記熱伝達量算出手段により算出された熱伝達量と上記酸化反応熱量算出手段により算出された反応熱量とから上記触媒の温度を推定することを特徴とする請求項１または２記載の触媒温度推定装置。
4. 上記燃料カット時に上記触媒上の未燃燃料成分が吸着される吸着速度を算出する吸着速度算出手段と、
   上記燃料カット時に上記触媒上から未燃燃料成分が脱離する脱離速度を算出する脱離速度算手段とを備え、
   上記吸着未燃燃料成分量算出手段は、上記吸着速度算出手段により算出された吸着速度と上記脱離速度算手段により算出された脱離速度とに基づき、上記触媒上に吸着している未燃燃料成分量を算出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の触媒温度推定装置。
5. 上記吸着速度算出手段は、算出した未燃燃料成分の吸着速度より排ガス中の未燃燃料成分量が小のときには、該排ガス中の未燃燃料成分量を上記吸着速度と見なすことを特徴とする請求項４記載の触媒温度推定装置。
6. 上記触媒の活性状態に基づき該触媒上の未燃燃料成分と排ガス中のＯ_２との反応速度を算出する反応速度算出手段を備え、
   上記酸化反応熱量算出手段は、上記吸着未燃燃料成分量、上記排気Ｏ_２量、上記反応速度の内の最小値に基づいて上記反応熱量を算出することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の触媒温度推定装置。
7. 上記触媒温度推定手段は、推定した触媒温度を上記触媒中の熱伝導を模擬した３次フィルタにより補正することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の触媒温度推定装置。

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