JPH11257145A - 排気浄化装置の温度推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＥＣＵに大きな負担をかけることなく触媒の
温度を精度よく推定する。 【解決手段】 内燃機関の排気系に設けられ排気ガスを
浄化する排気浄化手段と、内燃機関の運転状態に応じて
排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段と、内燃機
関が始動後、温度推定手段に初期値を設定する初期値設
定手段とを備える構成をとる。内燃機関が始動後、温度
推定手段に初期値を設定するので、温度推定プロセスの
初期の段階での誤差を小さくすることができ、温度推定
の精度を向上させることができる。また、内燃機関の負
荷状態に応じてカウンタ値を増減させて前記排気浄化手
段の温度を推定する温度推定手段と、内燃機関の負荷状
態に応じて上記カウンタ値の増分または減分を制限する
制限手段とを備える構成をとることにより、エンジンの
負荷が変化するときに生じがちな過剰な加算または過剰
な減算が抑制され、温度推定の精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
系に設けられた排気浄化装置の温度を推定する手法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】車両の排気系に設けられた触媒の温度
を、車両の運転状態から演算により推定する手法が実用
化されている。この手法は、内燃機関（以下エンジンと
いう）が始動すると、温度推定用のカウンタを０からス
タートさせ、エンジン温度などから車両の負荷領域を判
定し、負荷領域および運転状態に応じてカウント値を増
減させ、そのカウント値により、触媒温度が400℃以下
の第１領域、400〜500℃の第２領域、500℃以上の第３
領域のいずれにあるかを決定するものである。

【０００３】特開平７−１８９６６９号公報には、エン
ジン回転数および吸気管圧力に基づいて触媒上流の吸着
装置に流入する熱量を算出し、排気浄化装置での放熱量
を前回の温度推定値から算出し、流入熱量から放熱量を
引いた値を温度変化量に換算して推定温度を得ることが
記載されている。

【０００４】また、特開平５−２４８２２７号公報に
は、エンジン回転数、燃料噴射時間、および空燃比を用
いて計算式により平衡触媒温度を算出し、その平均値に
より触媒の温度を推定することが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最初に述べた従来の手
法は、触媒の温度をごくラフに判定するためのもので、
精度が悪く、特に触媒の初期温度と関係なく一定の温度
推定パターンをたどるので実際の触媒の温度と推定され
た温度領域とが大きく異なる部分を生じるという欠点が
ある。また、２つの公報に記載される手法は、エンジン
の運転状態パラメータに基づいて一定のサンプル周期で
煩雑な計算を実行して触媒温度を推定するもので、車載
コンピュータである電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electr
onic Control Unit）の負担が大きいという欠点があ
る。

【０００６】触媒には、理論空燃比近傍での運転で優れ
た排気ガス浄化機能を発揮する三元触媒、リーン空燃比
での排気ガス中のＮＯｘを吸収または吸着し、リッチ空
燃比においてこれを還元除去するリーンＮＯｘ触媒など
があり、それぞれの機能を発揮するに適した温度領域が
ある。このためＥＣＵに大きな負担をかけることなく触
媒の温度を精度よく推定する手法の実現が期待されてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
の課題を解決するため、内燃機関の排気系に設けられ排
気ガスを浄化する排気浄化手段と、内燃機関の運転状態
に応じて排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段
と、内燃機関が始動後、温度推定手段に初期値を設定す
る初期値設定手段とを備える構成をとる。

【０００８】この発明によると、内燃機関が始動後、温
度推定手段に初期値を設定するので、温度推定プロセス
の初期の段階での誤差を小さくすることができ、温度推
定の精度を向上させることができる。

【０００９】請求項２の発明は、内燃機関の排気系に設
けられ排気ガスを浄化する排気浄化手段と、内燃機関の
負荷状態に応じてカウンタ値を増減させて前記排気浄化
手段の温度を推定する温度推定手段と、内燃機関の負荷
状態に応じて上記カウンタ値の増分または減分を制限す
る制限手段と、を備える構成をとる。

【００１０】請求項２の発明によると、内燃機関の負荷
の状態に応じて温度推定手段のカウンタ値の増分または
減分を制限するので、エンジンの負荷が変化するときに
生じがちな過剰な加算または過剰な減算が抑制され、温
度推定の精度が向上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に図面を参照しながら、この発
明の実施の形態を説明する。まずこの発明が適用される
エンジンの構造を説明すると、図１に示すようにエンジ
ン１は、ピストン２、燃焼室３、点火プラグ４、吸気バ
ルブ５、吸気ポート６、排気バルブ７、排気ポート８、
および燃料を燃焼室に供給する燃料噴射装置すなわちイ
ンジェクタ１１を備えている。

【００１２】吸気ポート６は、対応するマニホールド９
を介してサージタンク１０に連結されている。サージタ
ンク１０は、吸気ダクト１２を介してエアクリーナ１４
に接続されている。サージタンク１０には吸気管圧力を
測定する圧力センサ１３が接続されている。吸気ダクト
１２内にはスロットル・バルブ１５が配置されており、
開度センサ２３がスロットル・バルブ１５の開度を検知
し開度に応じた信号を出力する。

【００１３】一方、排気マニホールド１６には、全域空
燃比サンサ２２が接続されており、広い空燃比領域にわ
たって空燃比にほぼ比例した電圧出力を生成する。排気
管１７には排気ガスを浄化する排気浄化装置である触媒
１９を内蔵したケーシング２０が設けられている。

【００１４】電子制御ユニットＥＣＵ３０は、コンピュ
ータで構成され、コンピュータで実行するプログラムお
よびデータを格納するＲＯＭ（リードオンリメモリ）、
実行時に必要なプログラムおよびデータを取り出して記
憶し、演算の作業領域を提供するＲＡＭ（ランダム・ア
クセス・メモリ）、プログラムを実行するＣＰＵ（プロ
セッサ）、および各種のセンサからの入力信号を処理す
る回路およびエンジン各部に制御信号を送る駆動回路を
備える。図１ではこのようなハードウェア構成をふまえ
てＥＣＵ３０を機能ブロックで示してある。

【００１５】吸気管圧力を検知する圧力センサ１３の出
力、スロットル・バルブの開度を検知するスロットル開
度センサ２３の出力、および排気ガスの空燃比を全域に
わたって検出する全域空燃比センサ２２の出力は、ＥＣ
Ｕ３０の運転状態検出部３３に入力される。運転状態検
出部３３は、車速センサ２６からの車速を示す信号およ
び回転数センサ２５からエンジンの回転数Ｎｅを示す信
号を受け取る。

【００１６】運転状態検出部３３は、上記のもののほか
図示しないセンサの出力を受け取って処理し、吸気管圧
力ＰＢ、スロットル・バルブの開度θ、車速Ｖ、エンジ
ンの回転数Ｎｅ、排気ガス温、エンジン冷却水温、吸入
空気温、大気圧などのパラメータ（以後、総合的にエン
ジン運転パラメータと呼ぶ。）をＥＣＵ３０の他の機能
ブロックに提供する。

【００１７】点火時期制御部３６は、運転状態検出部３
３から送られてくるエンジン運転パラメータに基づいて
点火時期を制御する信号を図示しないディストリビュー
タまたはイグナイタに送り、点火プラグ４の点火を制御
する。

【００１８】燃料噴射制御部３５は、運転状態検出部３
３から送られてくる吸気管圧力ＰＢおよびエンジン回転
数Ｎｅに基づいて三次元マップを参照して燃料の基本噴
射時間を求める。エンジンへの燃料の供給量はインジェ
クタ１１の弁が開かれる時間で決まる。この時間、すな
わち燃料噴射時間Ｔｒは、Ｔｒ＝Ｔｐ x Ｋｍ x Ｋｃ
で表される。Ｔｐは、吸入空気質量と目標空燃比とから
決定される基本噴射時間、Ｋｃは目標空燃比係数、Ｋｍ
は、各センサからの信号により冷間時や加速時など、そ
のときのエンジン状態において適切な空燃比にするため
の補正を行う係数である。目標空燃比係数Ｋｃは、空燃
比に逆比例する係数で理論空燃比で1.0となる。また、
燃料噴射制御装置３５は、運転状態検出部３３で検出さ
れる全域空燃比センサ２２からの信号に基づいて空燃比
のフィードバック制御を行う。

【００１９】負荷領域判定部３４は、運転状態検出部３
３から運転状態を表すパラメータとして吸気管圧力ＰＢ
およびエンジン回転数ＮＥを受け取り、これの値に従っ
て現在の負荷の状態が図２に示す負荷領域Ａ、Ｂ、Ｃ、
ＤおよびＥのいずれかを判定する。負荷領域Ｅは、アイ
ドル状態または燃料カット状態に対応する負荷領域であ
る。負荷領域判定部３４は、一定のサイクル、たとえば
５秒周期でこの判定を行い、判定した負荷領域を示す信
号PBCATZを排気浄化装置の温度を推定する温度推定手段
である触媒温度推定部３７に送る。

【００２０】触媒温度推定部３７では、エンジンの始動
に応答してタイマー３７０が所定の時間にセットされ、
この時間の経過を示すタイマー３７０からの信号に応答
して初期値設定部３７１が初期値を温度推定カウンタ３
７２にセットする。タイマーにセットされる所定の時間
は、エンジンが始動した後、触媒の温度が一定のレベル
たとえば500℃（触媒が活性化する温度）に達するのに
通常要する時間である。初期値設定部３７１がカウンタ
３７２にセットする初期値は、触媒が活性状態にあると
きのカウント値を用いる。

【００２１】触媒温度推定部３７は、この負荷領域信号
PBTCATZを受け取り、カウント値決定部３７３が図３に
示すテーブルを参照して、負荷領域信号PBCATZで示され
る負荷領域および現在の推定温度領域に基づいて温度推
定カウンタ３７２に加算するカウント値を決定する。た
とえば、PBCATZ=2で負荷領域がＢであり、現在の推定温
度領域がIIであるときは、温度推定カウンタ３７２に加
算される値は、３である。また、PBTCATZ=0で負荷領域
がアイドルまたは燃料カットに対応するIDLE,F/C領域に
あり、現在の推定温度領域がIIIであれば、温度推定カ
ウンタ３７２には-6が加算される。すなわち、温度推定
カウンタ３７２は6だけ減算される。このようにして算
出された温度推定カウンタのカウント値は、触媒の温度
と相関が高いので、触媒温度推定値として用いられる。

【００２２】温度領域判定部３７４は、温度推定カウン
タ３７２のカウント値に応じて、次の基準で温度領域を
判定する。温度領域Iは、触媒の推定温度が400℃以下の
領域で、温度推定カウンタ３７２のカウント値が所定の
しきい値、たとえば100以下のとき、触媒はこの温度領
域にあると推定される。推定温度領域IIは、触媒の推定
温度が400℃〜500℃の領域で、温度推定カウンタ３７２
のカウント値が所定の範囲、たとえば101から160の範囲
にあるとき、触媒はこの温度領域にあると推定される。
推定温度領域IIIは、触媒の推定温度が500℃以上の領域
で、温度推定カウンタ３７２のカウント値が所定のしき
い値、たとえば161以上のとき、触媒はこの温度領域に
あると推定される。これらのしきい値は、負荷領域に応
じて異なる値を設定することが好ましいが、ここでは簡
単のためすべての負荷領域を通じて同じしきい値が使わ
れるものとする。

【００２３】図４は、図１の触媒温度推定部３７におけ
る温度領域推定プロセスの流れ図である。エンジンが始
動されると（S101）、予め決められた時間がタイマー３
７０にセットされる（S102）。この実施形態では、この
時間は、触媒の温度が平衡状態に達するまでの時間とし
て、触媒の温度がエンジン始動前の低温から、500℃を
超えるまでにかかる時間を設定する。この時間は、予め
実験的に求められる。この時間が経過してタイマー３７
０が０になるのに応答して温度推定カウンタ３７２に触
媒活性時のカウント値が初期値としてセットされる（S1
04）。この実施形態では、初期値としてたとえば165が
温度推定カウンタ３７２にセットされる。

【００２４】便宜的に上記のような順でプロセスを記述
しているが、タイマー３７０のセットと、温度推定カウ
ンタ３７２への初期値のセットは同時に行ってもよく、
また温度推定カウンタ３７２への初期値のセットを先に
行ってもよい。要は、次のステップS105に移るまでの過
渡的な時間内に温度推定カウンタ３７２に初期値をセッ
トすればよい。

【００２５】ステップS105に移ると、温度推定カウンタ
３７２の値が基準値CT0と比較される（S105）。基準値C
T0は、400℃以下の温度領域を判定するためのしきい値
で、この実施形態では100である。温度推定カウンタ３
７２の値が基準値CT0以下であるときは、触媒の温度は4
00℃以下であると推定される。

【００２６】温度推定カウンタ３７２の値が基準値CT0
より大きいときは、第２の基準値CT1と比較される（S10
6）。第２の基準値は、400〜500℃の温度領域と500℃以
上の温度領域との境界に対応する値で、この実施形態で
はたとえば160である。カウンタ値がCT1以下であると、
触媒の温度は、400〜500℃の温度領域にあると推定され
る（S108）。温度推定カウンタ３７２の値がCT1より大
きいと触媒の温度は、500℃以上の温度領域にあると推
定される。

【００２７】このようにしてエンジン始動後、一定の時
間の間は、温度推定カウンタ３７２は、初期値を保持
し、この間触媒温度の推定プロセスは実行されない。タ
イマー３７０にセットされた時間が経過すると、最初の
推定温度領域が決定され、続いて図２および図３に関連
して説明した方法で、現在の負荷領域および現在の推定
温度領域に応じて温度推定カウンタ３７２の増減が行わ
れ、一定の周期、たとえば5秒周期で図４のステップ105
以下のプロセスが実行され、推定温度領域が更新され
る。

【００２８】図５は、この発明の一つの実施形態で得ら
れる触媒温度推定の結果を示す。曲線ａは、温度推定カ
ウンタ３７２のカウント値を示し、曲線ｂは、推定温度
領域を示し、曲線ｃは、触媒の実際の測定温度を示す。
この例では温度推定カウンタ３７２は、エンジン始動後
に600℃よりわずかに低い温度に相当するカウント値に
初期設定されている。触媒の温度が平衡状態近傍になる
と予測される予め決められた時間ｔが経過すると、触媒
の温度領域を推定するプロセスが開始され、温度推定カ
ウンタ３７２の値が現在の負荷領域および現在の推定温
度領域に応じて増減され、このカウント値に従って触媒
の温度領域が推定される。

【００２９】図６は、従来の手法による触媒温度の推定
結果を示す。従来の手法では、エンジン始動とほぼ同時
に温度推定カウンタを作動させ触媒温度の推定処理を行
うため、初期の状態で実際の触媒温度（曲線ｃ）と推定
温度領域（グラフｂ）とが大きく相違する。図５を図６
と対比すると、この発明による温度推定手法によると、
エンジン始動後に温度推定カウンタ３７２が予定の初期
値にセットされ、一定時間ｔ経過後に触媒温度の推定プ
ロセスが開始されるので、エンジン始動後の初期の状態
で従来のような推定温度と実際の温度との大きな相違を
生じないことがわかる。

【００３０】次に図７および図８を参照して、この発明
の一実施形態における温度推定カウンタのカウント値の
増減法を説明する。図７の（Ａ）のテーブルは、図３の
テーブルに対応するテーブルで、カウンタの増減値は、
温度推定の精度上の考慮から図３のものから若干変更さ
れている。所定の周期、たとえば5秒ごとの触媒温度推
定プロセスが開始されると、現在の負荷領域と現在の推
定温度領域に基づいて温度推定カウンタ３７２の増減値
が図７の（Ａ）のテーブルから求められる（S201）。現
在の負荷領域は、前述したように吸気管圧力PBおよびエ
ンジン回転数Neに応じて図２の関係に基づいて求められ
る。ステップS201で求めた増減値に従って温度推定カウ
ンタ３７２が増減される（S202）。

【００３１】続いて、温度推定カウンタ３７２の値が上
昇中であるときは、ステップS203において図７の（Ｂ）
のテーブルが参照され（S203）、カウンタの値ｍがテー
ブル（Ｂ）の対応するフィールドの値ｎより高い場合
（S204）は、その差の１／２、すなわち（ｍ−ｎ）／２
を温度推定カウンタ３７２から引き戻す（S205）。こう
してカウント値が上昇しすぎるのを防止する。

【００３２】ステップS204でノーで、温度推定カウンタ
３７２の値が降下中のときは、ステップＳ２０８に進み
図７の（Ｃ）のテーブルを参照し（S208）、カウンタの
値ｍがテーブル（Ｃ）の対応するフィールドの値ｎより
低いかどうかが比較される。カウンタの値の方が低けれ
ば、テーブルの値ｎとカウンタの値ｍとの差の１／４、
すなわち（ｎ−ｍ）／４を温度推定カウンタ３７２に足
す（S210）。こうしてカウンタ値が降下しすぎるのを防
止する。ステップS205およびS210の後、カウンタ値が所
定の上限および下限内にあるかどうかがチェックされ、
上限または下限を超えているときは上限または下限の値
に制限する（S212）。

【００３３】以上にこの発明の一実施形態を説明した
が、この発明はこのような実施形態に限定されるもので
はない。

【００３４】

【発明の効果】請求項１の発明によると、内燃機関が始
動後、温度推定手段に初期値を設定するので、温度推定
プロセスの初期の段階での誤差を小さくすることがで
き、温度推定の精度を向上させることができる。

【００３５】請求項２の発明によると、内燃機関の負荷
の状態に応じて温度推定手段のカウンタ値の増分または
減分を制限するので、エンジンの負荷が変化するときに
生じがちな過剰な加算または過剰な減算が抑制され、温
度推定の精度が向上する。。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例のエンジン装置の全体的構成
を示す図。

【図２】吸気管圧力およびエンジン回転数と負荷領域と
の関係を示す図。

【図３】推定温度領域および負荷領域と温度推定カウン
タの増減値との関係を示すテーブル図。

【図４】この発明の実施例における推定温度領域を求め
るためのプロセスの流れを示す図。

【図５】この発明の実施例による触媒温度推定結果を示
す図。

【図６】従来の手法による触媒温度推定結果を示す図。

【図７】温度推定カウンタの超加算および超減算を修正
するためのテーブルを示す図。

【図８】温度推定カウンタの超加算および超減算を修正
するプロセスの流れ図。

【符号の説明】

１ エンジン（内燃機関） ３３ 運転状態検出部 ３４ 負荷領域判定部 ３７ 触媒温度推定部 （温度推定手段） ３７０ タイマー ３７１ 初期値設定部（初期値設定手段） ３７２ 温度推定カウンタ（カウンタ） ３７５ 制限部（制限手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関の排気系に設けられ排気ガスを浄
   化する排気浄化手段と、 前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気浄化手段の温
   度を推定する温度推定手段と、 前記内燃機関が始動後、前記温度推定手段に触媒活性時
   の温度推定値を初期値として設定する初期値設定手段
   と、 を有する排気浄化装置の温度推定装置。
2. 【請求項２】内燃機関の排気系に設けられ排気ガスを浄
   化する排気浄化手段と、 前記内燃機関の運転状態に応じたカウント値を増減させ
   て前記排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段と、 前記内燃機関の負荷状態に応じて上記カウント値の増分
   または減分を制限する制限手段と、 を備える排気浄化装置の温度推定装置。