JPH08284651A - 内燃機関の触媒温度推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】再始動時の触媒温度を高精度に推定する。 【構成】触媒温度Ｔｃを機関負荷Ｔｐや機関回転数Ｎな
どの機関運転状態に基づいて推定し（Ｓ７〜Ｓ９）、機
関停止直前における触媒温度Ｔcs, 冷却水温度Ｔws, 吸
気温Ｔasを再始動時まで記憶しておく（Ｓ10，Ｓ11）。
そして、機関停止から再始動時までの時間Ｔに基づいて
基本的降下代Ｋαを推定し（Ｓ５）、更に、かかる降下
代Ｋαを補正するための補正係数Ｋ１〜Ｋ３を、前記触
媒温度Ｔcs, 冷却水温度Ｔws, 吸気温Ｔasに応じて設定
する（Ｓ２〜Ｓ４）。ここで、前記降下代Ｋα，補正係
数Ｋ１〜Ｋ３で前記記憶しておいた触媒温度Ｔcsを補正
設定して、再始動時の触媒温度Ｔciを推定する（Ｓ
６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の触媒温度推定
装置に関し、詳しくは、機関の排気通路に介装されて排
気浄化を行う触媒の再始動時における温度を推定する技
術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、機関排気系に設けられる排気
浄化用の三元触媒の上流側と下流側とにそれぞれ酸素セ
ンサを設け、これらの２つの酸素センサの検出値を用い
て機関吸入混合気の空燃比をフィードバック制御するも
のが種々提案されている（特開平４−７２４３８号公報
等参照）。

【０００３】また、三元触媒における酸素ストレージ効
果によって、触媒上流側の酸素濃度（空燃比）変動に対
して触媒下流側では応答遅れを生じることが知られてお
り、このことから、前記応答遅れが正常時に比して小さ
くなっている場合には、前記酸素ストレージ効果の減
少、即ち、三元触媒の劣化を判定できることになる。そ
こで、三元触媒の下流側に設けられた酸素センサの出力
反転周期を、例えば上流側の酸素センサにおける反転周
期を基準として判定することで、三元触媒の劣化を診断
するよう構成された装置が提案されている（特開昭６１
−２８６５５０号公報等参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記三元触
媒の劣化診断において、三元触媒が活性温度に達してい
ないと劣化時と同様な特性を示すことから、劣化診断の
前提条件として触媒が活性温度に達していることが必要
とされる。このため、例えば機関負荷や機関回転数や冷
却水温度などのパラメータから触媒温度を推定すること
が行われていた。特に、再始動時の触媒温度は、通常、
雰囲気温度と一致しているため、前記雰囲気温度を冷却
水温度センサや吸気温度センサの検出値として検知する
ことで、再始動時の触媒温度（触媒温度推定における初
期値）を推定していた。

【０００５】しかしながら、前記従来の再始動時の触媒
温度推定においては、触媒温度が雰囲気温度と略一致し
ているコールドスタート時を前提としているため、機関
を停止してから充分に触媒が冷えきっていない状態で行
われるホットリスタート時には、推定制御の整合性が崩
れ、触媒温度を高精度に推定できないという問題があっ
た。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、ホットリスタート時であっても触媒温度を高精度
に推定できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１の発明
にかかる内燃機関の触媒温度推定装置は、図１に示すよ
うに構成される。図１において、運転時温度推定手段
は、機関運転条件に応じて触媒温度を推定する。

【０００８】また、停止時推定温度記憶手段は、機関停
止直前において前記運転時温度推定手段で推定された触
媒温度を記憶する。更に、降下代推定手段は、機関停止
から再始動までの時間に基づいて触媒温度の降下代を推
定する。そして、再始動時温度推定手段は、前記停止時
推定温度記憶手段に記憶された機関停止直前の触媒温度
と前記降下代とに基づいて機関再始動時の触媒温度を推
定する。

【０００９】請求項２の発明にかかる内燃機関の触媒温
度推定装置は、図２に示すように構成される。図２にお
いて、運転時温度推定手段は機関運転条件に応じて触媒
温度を推定し、停止時推定温度記憶手段は、機関停止直
前において前記運転時温度推定手段で推定された触媒温
度を記憶する。

【００１０】また、機関温度検出手段は機関温度を検出
し、停止時機関温度記憶手段は、機関停止直前において
前記機関温度検出手段で検出された機関温度を記憶す
る。ここで、降下代推定手段は、停止時機関温度記憶手
段に記憶された機関温度と、機関再始動時に検出された
機関温度との偏差に基づいて触媒温度の降下代を推定す
る。

【００１１】そして、再始動時温度推定手段は、前記停
止時推定温度記憶手段に記憶された機関停止直前の触媒
温度と前記降下代とに基づいて機関再始動時の触媒温度
を推定する。請求項３の発明にかかる内燃機関の触媒温
度推定装置では、再始動までの時間又は機関温度の偏差
に基づいて推定される降下代を、機関停止直前に前記運
転時温度推定手段で推定された触媒温度，機関停止直前
の機関温度，機関停止直前の吸気温度のうちの少なくと
も１つに基づいて補正設定する降下代補正手段を設ける
構成とした。

【００１２】

【作用】請求項１の発明にかかる内燃機関の触媒温度推
定装置によると、機関停止直前に推定された触媒温度が
再始動時まで記憶され、再始動時に、前記記憶しておい
た触媒温度と機関停止から再始動までの時間に基づき推
定される温度降下代とに基づいて再始動時の触媒温度を
推定する。即ち、機関停止時の触媒温度が、経過時間に
依存して低下することに対応して、再始動時の触媒温度
を推定するものである。

【００１３】請求項２の発明にかかる内燃機関の触媒温
度推定装置によると、機関停止直前の触媒温度と機関温
度とが再始動時まで記憶され、再始動時に、機関停止直
前の機関温度と再始動時の機関温度との偏差に基づいて
触媒温度の降下代を推定し、前記機関停止直前の触媒温
度を基準として前記降下代だけ温度低下したものと推定
する。即ち、機関停止中における冷却水温度の降下代
が、触媒温度の降下代に略対応するものと見做して、機
関停止直前における触媒温度から再始動時の触媒温度を
推定するものである。

【００１４】請求項３の発明にかかる内燃機関の触媒温
度推定装置によると、触媒温度の降下代を、停止直前の
触媒温度推定値，機関温度，吸気温度に基づいて補正す
ることで、これらのパラメータによる降下特性の変化に
対応する。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図３は本
発明にかかる触媒温度推定装置が適用される内燃機関の
システム構成図である。ここで、図示しない車両に搭載
された内燃機関１には、エアクリーナ２から吸気ダクト
３，スロットル弁４及び吸気マニホールド５を介して空
気が吸入される。

【００１６】吸気マニホールド５のブランチ部には各気
筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。前記燃料噴射弁
６は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて
閉弁する電磁式燃料噴射弁であって、後述するコントロ
ールユニット12からの噴射パルス信号により通電されて
開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されプレッシャ
レギュレータにより所定の圧力に調整された燃料を吸気
マニホールド５内に噴射供給する。

【００１７】内燃機関１の燃焼室にはそれぞれ点火栓７
が設けられていて、これにより火花点火して混合気を着
火燃焼させる。そして、内燃機関１からは、排気マニホ
ールド８，排気ダクト９，排気浄化用の三元触媒10及び
マフラー11を介して排気が排出される。コントロールユ
ニット12は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変換器及
び入出力インタフェイス等を含んで構成されるマイクロ
コンピュータを備え、各種のセンサから入力した検出信
号に基づいて燃料噴射量Ｔｉを演算し、該燃料噴射量Ｔ
ｉに基づいて燃料噴射弁６を間欠的に開駆動する。

【００１８】前記各種のセンサとしては、内燃機関１の
吸入空気量Ｑに応じた電圧信号を出力するエアフローメ
ータ13、内燃機関１の回転信号を出力するクランク角セ
ンサ14、内燃機関１のウォータジャケット内の冷却水温
度Ｔｗを検出する水温センサ15、内燃機関１の吸気温度
Ｔａを検出する吸気温センサ18などが設けられている。
尚、本実施例では、前記冷却水温度Ｔｗが機関温度を代
表するものとして扱うので、前記水温センサ15が機関温
度検出手段に相当する。

【００１９】また、キースイッチ19のＯＮ・ＯＦＦ信号
がコントロールユニット12に入力されるようになってい
る。更に、前記三元触媒10の上流側となる排気マニホー
ルド８の集合部に第１酸素センサ16が設けられており、
また、前記三元触媒10の下流側でマフラー11の上流側に
は第２酸素センサ17が設けられている。

【００２０】前記第１酸素センサ16及び第２酸素センサ
17は、排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化する公
知の酸素濃淡電池型のセンサであり、理論空燃比を境に
排気中の酸素濃度が急変することを利用し、理論空燃比
に対する排気空燃比のリッチ・リーンを検出し得るリッ
チ・リーンセンサである。ここにおいて、コントロール
ユニット12に内蔵されたマイクロコンピュータのＣＰＵ
は、所定のフィードバック制御条件が成立しているとき
に、前記第１酸素センサ16の出力を主として実際の空燃
比が目標空燃比に近づく方向に燃料噴射量をフィードバ
ック補正し、かつ、かかるフィードバック補正における
制御点のずれを前記第２酸素センサ17の出力に基づいて
修正する空燃比フィードバック制御を実行する。また、
かかる空燃比フィードバック制御中において、上流側の
第１酸素センサ16の反転周期と下流側の第２酸素センサ
17の反転周期とを比較して、三元触媒10の劣化診断を行
う。

【００２１】ここで、下流側の第２酸素センサ17の出力
はその直前に配設された三元触媒10の影響を大きく受け
るため、三元触媒10の活性状態が検出されていることを
条件として、下流側の第２酸素センサ17を用いた前記空
燃比制御，劣化診断を許可させる必要がある。そこで、
本実施例において前記コントロールユニット12は、図４
のフローチャートに示すようにして、前記三元触媒10が
活性温度になっているか否かを判別する構成としてあ
る。

【００２２】尚、本実施例において、運転時温度推定手
段，降下代推定手段，停止時推定温度記憶手段，再始動
時温度推定手段，降下代補正手段としての機能は、前記
図４のフローチャートに示すようにコントロールユニッ
ト12がソフトウェア的に備えている。図４のフローチャ
ートに示すルーチンは、キースイッチ19がＯＮされたと
き、すなわち、再始動時に実行されるようになってい
る。

【００２３】ステップ１（図中ではＳ１と記してある。
以下同様）では、前回キースイッチ19がＯＦＦされたと
き（内燃機関が停止されたとき）に記憶させておいた各
種バックアップデータを読み出す。前記各種バックアッ
プデータとして、機関停止直前における触媒温度Ｔcs
（推定値），冷却水温度Ｔws，吸気温度Ｔasを機関停止
中に記憶保持させるようにしてある。

【００２４】ステップ２では、機関停止中における触媒
温度Ｔｃの降下代の推定に用いる第１補正係数Ｋ１を、
前記バックアップデータとしての前記機関停止直前の触
媒温度Ｔcsに基づいて設定する。前記第１補正係数Ｋ１
は、機関停止直前の触媒温度Ｔcsが高いほど降下代をよ
り大きく補正する特性となっている。ステップ３では、
機関停止中における触媒温度Ｔｃの降下代の推定に用い
る第２補正係数Ｋ２を、前記バックアップデータとして
の前記機関停止直前の冷却水温度Ｔwsに基づいて設定す
る。前記第２補正係数Ｋ２は、機関停止直前の冷却水温
度Ｔwsが低いほど降下代をより大きく補正する特性とな
っている。

【００２５】ステップ４では、機関停止中における触媒
温度Ｔｃの降下代の推定に用いる第３補正係数Ｋ３を、
前記バックアップデータとしての前記機関停止直前の吸
気温度Ｔasに基づいて設定する。前記第３補正係数Ｋ３
は、機関停止直前の吸気温度Ｔasが低いほど降下代をよ
り大きく補正する特性となっている。尚、前記吸気温度
Ｔａは大気温度に相当する値である。

【００２６】ステップ５では、機関停止から再始動まで
の経過時間Ｔ（図６参照）に応じて、触媒温度Ｔｃの基
本的な降下代を決定する係数Ｋαを設定する。前記係数
Ｋαは、前記時間Ｔがゼロであるとき（機関停止時）に
は、降下代を零とすべく1.0に設定されるが、前記時間
Ｔが長くなるほど1.0 よりも小さな値として設定され、
時間Ｔの経過と共に降下代をより大きく設定できるよう
にしてある。これは、時間経過に伴って徐々に触媒温度
が低下することに対応したものである。

【００２７】ステップ６では、前記機関停止直前の触媒
温度Ｔcs，補正係数Ｋ１〜Ｋ３及び係数Ｋαに基づい
て、始動時の触媒温度推定値Ｔci（触媒温度推定制御の
初期値）を以下のようにして算出する。 Ｔci＝Ｔcs×（Ｋα×Ｋ１×Ｋ２×Ｋ３） このように、本実施例では、機関停止からの経過時間Ｔ
に応じて触媒温度Ｔｃの温度が低下するものと見做し、
更に、停止直前の触媒温度Ｔｃ，冷却水温度Ｔｗ（機関
温度），吸気温度Ｔａ（大気温度）に応じて前記時間経
過に伴う温度低下の特性が変化することに対応して、前
記時間に対する降下代を補正設定する。従って、本実施
例によれば、再始動時の触媒温度Ｔｃを高精度に推定す
ることができ、以て、その後の機関運転条件に基づく触
媒温度Ｔｃの推定精度を向上させることができるもので
ある。

【００２８】ステップ７では、機関負荷Ｔｐと機関回転
数Ｎとを読み込み、次のステップ８では、前記機関負荷
Ｔｐと機関回転数Ｎとに対応して予め定常運転時の触媒
温度Ｔｃを記憶したマップを参照して、現状の運転条件
における触媒温度Ｔｃを検索する。ステップ９では、前
記始動時の推定温度Ｔciを初期値として前記ステップ８
で検索された触媒温度Ｔｃを加重平均して、該加重平均
結果を触媒温度Ｔｃの推定値とする。従って、始動直後
には、前記初期値Ｔciから運転条件から推定される触媒
温度Ｔｃに推定値が徐々に近づくことになる。

【００２９】ステップ10では、キースイッチ19がＯＦＦ
されたか否かを判別し、ＯＦＦ時には、前記機関停止直
前における触媒温度Ｔcs（推定値），冷却水温度Ｔws，
吸気温度Ｔasをバックアップデータとして記憶させるよ
うにする。尚、機関停止からの時間が所定時間以上にな
った場合には、再始動時に吸気温センサ18又は水温セン
サ15で検出される温度が雰囲気温度を示し、触媒が該雰
囲気温度に一致しているものと見做して、触媒温度の初
期値を前記吸気温又は冷却水温としても良い。

【００３０】また、上記実施例では、機関負荷Ｔｐと機
関回転数Ｎとに基づいて推定される触媒温度Ｔｃを、前
記初期値Ｔciを用いて加重平均して、触媒温度Ｔｃを推
定する構成としたが、運転条件に基づく推定制御を上記
の方法に限定するものではなく、前記初期値Ｔciを基準
として例えば吸入空気流量Ｑや冷却水温度Ｔｗ等に基づ
いて推定するものであっても良い。

【００３１】次に図５のフローチャートに従って、再始
動時の触媒温度推定制御の第２実施例を説明する。ここ
で、前記第１実施例を示す図４のフローチャートに対し
て、ステップ25，26，27の部分のみが異なるので、当該
ステップの部分を主として説明する。尚、本第２実施例
において、運転時温度推定手段，停止時推定温度記憶手
段，停止時機関温度記憶手段，降下代推定手段，再始動
時温度推定手段，降下代補正手段としての機能は、図５
のフローチャートに示すように、コントロールユニット
12がソフトウェア的に備えている。

【００３２】図５のフローチャートにおいて、機関停止
直前のデータとして記憶保持しておいた触媒温度Ｔcs，
冷却水温度Ｔws，吸気温度Ｔasに基づいて補正係数Ｋ１
〜Ｋ３を設定すると（ステップ21〜ステップ24）、ステ
ップ25では、再始動時に検出された冷却水温度Ｔｗと前
記機関停止直前の冷却水温度Ｔwsとの偏差ΔＴｗを算出
する（図６参照）。前記偏差ΔＴｗは、機関停止中にお
ける冷却水温度Ｔｗの降下代を示す。

【００３３】ステップ26では、前記偏差ΔＴｗに基づい
て、触媒温度Ｔｃの基本的な降下代を決定する係数Ｋβ
を設定する。前記係数Ｋβは、前記偏差ΔＴｗが大きい
ほど、1.0 よりもより小さい値として設定され、機関停
止中における冷却水温度Ｔｗの降下代が大きいときほ
ど、触媒温度Ｔｃの降下代も大きいものとして設定す
る。

【００３４】ステップ27では、前記機関停止直前の触媒
温度Ｔcs，補正係数Ｋ１〜Ｋ３及び係数Ｋβに基づい
て、始動時の触媒温度推定値Ｔci（触媒温度推定制御の
初期値）を以下のようにして算出する。 Ｔci＝Ｔcs×（Ｋβ×Ｋ１×Ｋ２×Ｋ３） 以下、前記第１実施例と同様に、前記初期値Ｔciに基づ
く加重平均によって機関運転中の触媒温度Ｔｃを推定し
（ステップ28〜ステップ30）、機関が停止されたときに
は（ステップ31）、次の再始動時において、触媒温度を
推定するために、触媒温度Ｔcs，冷却水温度Ｔws，吸気
温度Ｔasをバックアップデータとして記憶する（ステッ
プ32）。

【００３５】上記第２実施例によると、機関停止時中に
おける雰囲気温度の変化等の外乱があっても、その外乱
影響を受けた冷却水温度Ｔｗの機関停止中の降下代ΔＴ
ｗに基づいて触媒温度Ｔｃの降下代を推定するので、よ
り高精度な推定が可能である。尚、上記第１，第２実施
例では、係数Ｋα又は係数Ｋβ（降下代）を、補正係数
Ｋ１〜Ｋ３でそれぞれに補正設定する構成としたが、補
正係数Ｋ１〜Ｋ３のうちのいずれか１つ又は２つの補正
係数で補正する構成であっても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる内燃機関の触媒温度推定装置によると、機関停止
からの時間経過に対応して温度の降下代が変化するもの
と見做して、再始動時の触媒温度を高精度に推定できる
という効果がある。請求項２の発明にかかる内燃機関の
触媒温度推定装置によると、機関停止直前の機関温度と
再始動時の機関温度との偏差に基づいて触媒温度の降下
代を推定し、該推定結果に基づいて再始動時の触媒温度
を推定するので、実際の機関停止中の温度変化を機関温
度で代表させて、これに対応するものとして触媒温度の
変化を高精度に推定できるという効果がある。

【００３７】請求項３の発明にかかる内燃機関の触媒温
度推定装置によると、機関停止から再始動までの時間又
は機関温度の機関停止中の変化に基づいて推定される触
媒温度の降下代が、機関停止直前の触媒温度，機関温
度，吸気温度の条件によって誤差を生ずることを回避し
て、より高精度に再始動時の触媒温度を推定できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明にかかる装置の基本構成ブロッ
ク図。

【図２】請求項２の発明にかかる装置の基本構成ブロッ
ク図。

【図３】実施例におけるシステム構成を示す図。

【図４】第１実施例の触媒温度推定制御を示すフローチ
ャート。

【図５】第２実施例の触媒温度推定制御を示すフローチ
ャート。

【図６】触媒温度，冷却水温度，吸気温度の機関運転・
停止に伴う変化の様子を示すタイムチャート。

【符号の説明】

１ 内燃機関 10 三元触媒 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 15 水温センサ 18 吸気温センサ 19 キースイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関運転条件に応じて触媒温度を推定する
   運転時温度推定手段と、 機関停止直前において前記運転時温度推定手段で推定さ
   れた触媒温度を記憶する停止時推定温度記憶手段と、 機関停止から再始動までの時間に基づいて触媒温度の降
   下代を推定する降下代推定手段と、 前記停止時推定温度記憶手段に記憶された機関停止直前
   の触媒温度と前記降下代とに基づいて機関再始動時の触
   媒温度を推定する再始動時温度推定手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の触媒温
   度推定装置。
2. 【請求項２】機関運転条件に応じて触媒温度を推定する
   運転時温度推定手段と、 機関停止直前において前記運転時温度推定手段で推定さ
   れた触媒温度を記憶する停止時推定温度記憶手段と、 機関温度を検出する機関温度検出手段と、 機関停止直前において前記機関温度検出手段で検出され
   た機関温度を記憶する停止時機関温度記憶手段と、 該停止時機関温度記憶手段に記憶された機関温度と、機
   関再始動時に検出された機関温度との偏差に基づいて触
   媒温度の降下代を推定する降下代推定手段と、 前記停止時推定温度記憶手段に記憶された機関停止直前
   の触媒温度と前記降下代とに基づいて機関再始動時の触
   媒温度を推定する再始動時温度推定手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の触媒温
   度推定装置。
3. 【請求項３】前記降下代推定手段における降下代を、機
   関停止直前に前記運転時温度推定手段で推定された触媒
   温度，機関停止直前の機関温度，機関停止直前の吸気温
   度のうちの少なくとも１つに基づいて補正設定する降下
   代補正手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に
   記載の内燃機関の触媒温度推定装置。