KR20040077489A - 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법 - Google Patents

촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내연 기관의 배기관에 개장된 배기 정화용 촉매의 온도를 주기적으로 추정하는 촉매 온도 추정 장치에 있어서, 배기 정화용 촉매의 온도를 정확하게 추정할 수 있도록 하기 위해, 내연 기관의 운전 상태에 의거하여 연소실에서 배출되는 배기의 온도를 내연 기관의 정상 운전하에서의 정상 촉매 온도로서 추정하는 제 1 추정 수단(10)과, 추정된 정상 촉매 온도에 의거하여 연소실부터 배기 정화용 촉매까지 사이의 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하는 제 2 추정 수단(20)과, 상기 정상 촉매 온도와 상기 대표 온도에 의거하여 배기 정화용 촉매에 유입하는 촉매 유입 배기 온도를 추정하는 제 3 추정 수단(30)과, 추정된 촉매 유입 배기 온도에 의거하여 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 제 4 추정 수단(40)을 구비하도록 구성한다.

Description

촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법{Catalyst temperature estimating apparatus and catalyst temperature estimating method}
기술분야
본 발명은, 배기 정화용 촉매의 촉매 온도를 추정하는 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법에 관한 것이다.
종래의 기술
내연 기관(이하, 엔진이라고 한다)의 배기계에는 배기중의 유해물질을 반응시켜서 무해화함에 의해 배기를 정화하는 배기 정화용 촉매(이하, 단지 촉매라고 한다)가 마련되어 있다. 이 촉매는, 일정한 온도(즉, 내열 온도)를 초과하면, 신터링(촉매 담체에 지지된 입자가 고온화로 서로 응집하여 입경이 커지는 현상) 등이 생기고, 그 배기 정화 능력이 저하될 뿐만 아니라, 촉매 자체가 열-열화(熱-劣化)되어 버린다는 특성이 있다.
따라서 자동차 등의 차량의 주행시(즉, 엔진 가동시)에는, 촉매의 온도를 검지 또는 추정하여 촉매가 열-열화되지 않도록 제어할 필요가 있다. 이 촉매의 온도를 검지하는데는, 예를 들면 촉매 용기 내에 광범위 온도 센서(또는 고온 센서)의 감열부를 배설하여 직접 촉매 부근의 온도를 측정할 수가 있지만, 이와 같은 센서는 고가이기 때문에, 이러한 센서를 마련하지 않고, 촉매 온도를 추정하는 기술이 개발되어 있다. 이와 같은 기술로서는, 예를 들면, 엔진 시동시의 엔진 냉각수 온도 및 차속에 의해 촉매의 외표면으로부터 빼앗기는 방열량을 추정하고, 엔진의 흡입 공기량에 의해 촉매가 배기로부터 흡열하는 흡열량을 추정하고, 이들의 방열량 및 흡열량에 의거하여 촉매 온도를 추정하는 기술이 있다(일본특허 제2860866호 공보).
본 발명은, 상술한 과제를 감안하여 창안된 것으로, 엔진의 배기계에 마련된 배기 정화용 촉매의 촉매 온도를 정확하게 추정할 수 있도록 한, 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 촉매 온도 추정 장치는, 내연 기관의 배기관에 개장된 배기 정화용 촉매의 온도를 주기적으로 추정하는 촉매 온도 추정 장치로서, 해당 내연 기관의 운전 상태에 의거하여 해당 내연 기관의 연소실에서 배출되는 배기의 온도를 해당 내연 기관의 정상 운전하에서의 정상 촉매 온도로서 추정하는 제 1 추정 수단과, 해당 제 1 추정 수단에서 추정된 해당 정상 촉매 온도에 의거하여, 해당 내연 기관(특히, 그 연소실)부터 해당 배기 정화용 촉매까지 사이의 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하는 제 2 추정 수단과, 해당 제 1 추정 수단에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와 해당 제 2 추정 수단에서 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도에 의거하여, 해당 배기 정화용 촉매에 유입하는 촉매 유입 배기 온도를 추정하는 제 3 추정 수단과, 해당 제 3 추정 수단에서 추정된 해당 촉매 유입 배기 온도에 의거하여, 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 제 4 추정 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
이로써, 배기관의 내벽에 흡수되는 배기의 열량을 고려하여 촉매 온도를 추정할 수 있고, 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 1 추정 수단에서는, 해당 내연 기관의 운전 상태로서, 해당 내연 기관의 회전 속도와 해당 내연 기관의 부하 상태를 이용함에 의해, 해당 내연 기관의 운전 상태, 즉, 엔진의 회전 속도(Ne) 및 부하(Pb)에 응한 정상 촉매 온도가 추정되기 때문에, 각 주기마다 해당 내연 기관의 운전 상태에 응한 촉매 온도가 추정되게 되어, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 2 추정 수단에서는, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도가 해당 제 1 추정 수단에서 추정된 해당 정상 촉매 온도의 변화에 대해 해당 배기관 내의 배기류 속도에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정함에 의해, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 3 추정 수단에서는, 해당 제 1 추정 수단에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와 해당 제 2 추정 수단에서 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를, 해당 배기관 내의 배기 유량에 대응하여 가중평균함으로써 해당 촉매 유입 배기 온도를 연산에 의해 추정함으로써, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 4 추정 수단에서는, 해당 배기 정화용 촉매의 온도가 해당 제 3 추정 수단에서 추정된 해당 촉매 유입 배기 온도의 변화에 대해 해당 배기 정화용 촉매의 배기 유량에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정함에 의해, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 1 추정 수단에서 추정되는 해당 정상 촉매 온도는, 해당 배기의 온도를 해당 배기관으로부터의 방열에 의한 온도 저하분에 의거하여 보정함에 의해 산출되기 때문에, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 방열에 의한 온도 저하분의 보정은, 차량의 주행 속도에 대응함과 함께, 해당 배기관 내의 배기 유량에 대응하여 행함에 의해, 각 주기마다 차속에 응하여 온도 저하분이 추정되어, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 4 추정 수단에서 추정되는 해당 배기 정화용 촉매의 온도는, 해당 배기관으로부터의 방열에 의한 온도 저하분에 의거하여 보정된 해당 촉매 유입 배기 온도를 이용하여 산출됨에 의해, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 상기 차량의 주행 속도에 대응하는 온도 저하분의 보정은, 해당 배기관의 분위기 온도 또는 해당 분위기 온도에 상관이 있는 엔진 흡기 온도에 응하여 행함에 의해, 각 주기마다 외기온 등도 고려되게 되어, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 1 추정 수단에서 추정되는 해당 정상 촉매 온도는, 해당 배기의 온도를 해당 내연 기관의 점화 시기에 관한 노크 리타드(knock retard)량에 응하여 보정함에 의해 산출됨에 의해, 내연 기관의 점화 시기에 관한 노크 리타드량에 대응하여 해당 정상 촉매 온도가 상승하는 것으로 하여 해당 정상 촉매 온도가 추정되기 때문에, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 내연 기관이 감속 연료 커트 중인지의 여부를 판단하는 감속 연료 커트 판단 수단을 구비하고, 해당 제 1 추정 수단은, 그 감속 연료 판단 수단에 의해 해당 내연 기관이 감속 연료 커트 중이라고 판단된 경우에는, 전회 추정된 배기 정화용 촉매의 온도를, 해당 배기 정화용 촉매의 온도로서 채용함과 함께, 해당 내연 기관의 시동 후에 최초로 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 때에, 해당 감속 연료 커트 판단 수단에 의해 감속 연료 커트 중이라고 판단된 경우에는, 미리 설정된 촉매 작동 온도 영역 내에서의 고온측의 온도의 촉매 온도 초기치를, 해당 배기 정화용 촉매의 온도로서 채용함에 의해, 해당 배기 정화용 촉매의 온도가 실제치보다도 과잉으로 저하하는 일이 없고, 해당 배기 정화용 촉매가 내열 온도를 초과하고 있음에도 불구하고 감속 연료 커트가 행하여진다는 해당 배기 정화용 촉매의 열-열화에 있어서 최악의 사태를 회피할 수 있다.
또한, 해당 제 2 추정 수단은, 해당 제 1 추정 수단에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와, 전회 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도에 의거하여, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하도록 구성되고, 해당 내연 기관의 시동 후에 최초로 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 경우에는, 해당 제 1 추정 수단에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와, 미리 설정된 촉매 작동 온도 영역 내에서의 고온측의 온도의 배기관벽 온도 초기치에 의거하여, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를추정함에 의해, 해당 배기 정화용 촉매의 온도가 실제치보다도 과잉으로 저하하는 일이 없고, 해당 배기 정화용 촉매가 내열 온도를 초과하고 있음에도 불구하고 감속 연료 커트가 행하여진다는 해당 배기 정화용 촉매의 열-열화에 있어서 최악의 사태를 회피할 수 있다.
또한, 차량에 장비되어 있는 감속시 연료 커트 기능의 감속시 연료 커트(F/C)의 시작 조건이 성립하더라도, 추정된 해당 배기 정화용 촉매의 온도가 소정의 온도를 초과하면, F/C를 중지시키도록 제어하면, 해당 배기 정화용 촉매가 고온이며 또한 산화 분위기(린 공연비)하로 되는 것을 적확하게 막을 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 촉매 온도 추정 방법은, 내연 기관의 배기관에 개장된 배기 정화용 촉매의 온도를 주기적으로 추정하는 촉매 온도 추정 방법으로서, 해당 내연 기관의 운전 상태에 의거하여 해당 내연 기관의 정상 운전하에서의 정상 촉매 온도를 추정하는 제 1 스탭과, 해당 제 1 스탭에서 추정된 해당 정상 촉매 온도에 의거하여, 해당 내연 기관부터 해당 배기 정화용 촉매까지 사이의 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하는 제 2 스탭과, 해당 제 1 스탭에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와 해당 제 2 스탭에서 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도에 의거하여, 해당 배기 정화용 촉매에 유입하는 촉매 유입 배기 온도를 추정하는 제 3 스탭과, 해당 제 3 스탭에서 추정된 해당 촉매 유입 배기 온도에 의거하여, 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 제 4 스탭을 구비하고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 스탭의 각 처리를 각 주기마다 실행하는 것을 특징으로 하고 있기 때문에, 배기관의 내벽에 흡수되는 배기의 열량을 고려하여 촉매온도를 추정할 수 있고, 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 1 스탭에서는, 해당 내연 기관의 운전 상태로서, 해당 내연 기관의 회전 속도와 해당 내연 기관의 부하 상태를 이용함에 의해, 해당 내연 기관의 운전 상태, 즉, 해당 내연 기관의 회전 속도(Ne) 및 부하(Pb)에 응한 정상 촉매 온도가 추정되기 때문에, 각 주기마다 엔진의 운전 상태에 응한 촉매 온도가 추정되게 되어, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 2 스탭에서는, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도가 해당 제 1 스탭에서 추정된 해당 정상 촉매 온도의 변화에 대해 해당 배기관 내의 배기류 속도에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정함에 의해, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 3 스탭에서는, 해당 제 1 스탭에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와 해당 제 2 스탭에서 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를, 해당 배기관 내의 배기 유량에 대응하여 가중평균함으로써 해당 촉매 유입 배기 온도를 연산에 의해 추정함으로써, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 해당 제 4 스탭에서는, 해당 배기 정화용 촉매의 온도가 해당 제 3 스탭에서 추정된 해당 촉매 유입 배기 온도의 변화에 대해 해당 배기 정화용 촉매의 배기 유량에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정함에 의해, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치의 전체 구성을 모식적으로 도시한 블록도.
도 2의 a 내지 도 2의 c는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치에 의해 촉매 온도를 추정하는데 이르는 개념을 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 촉매 온도 추정 방법의 처리 플로우를 도시한 플로우 차트.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치의 제 1 추정 수단(10)의 구성을 모식적으로 도시한 블록도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치의 전체 구성을 모식적으로 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 관한 촉매 온도 추정 방법의 처리 플로우를 도시한 플로우 차트.
♣부호의 설명♣
10, 100 : 제 1 추정 수단
20 : 제 2 추정 수단
30, 300 : 제 3 추정 수단
40 : 제 4 추정 수단
S10, S100 : 제 1 스탭
S20 : 제 2 스탭
S30, S300 : 제 3 스탭(S30, S300)
S40 : 제 4 스탭
이하, 도면에 의해 본 발명의 실시의 형태에 관해 설명한다.
제 1 실시예
우선, 본 발명의 제 1 실시예에 관해 설명하면, 도 1 내지 도 3은 본 발명의 제 1 실시예로서의 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법을 도시한 것으로, 도 1은 그 촉매 온도 추정 장치의 전체 구성을 모식적으로 도시한 블록도, 도 2의 a 내지 도 2의 c는 그 촉매 온도 추정 장치에 의해 촉매 온도를 추정하는데 이르는 개념을 도시한 개념도, 도 3은 그 촉매 온도 추정 방법의 처리 플로우를 도시한 플로우 차트이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치는, 내연 기관(이하, 엔진이라고 한다)의 운전 상태에 의거하여 정상 촉매 온도를 추정하는 제 1 추정 수단(10)과, 상기 정상 촉매 온도에 의거하여 엔진(특히, 그 연소실)부터 배기 정화용 촉매(이하, 단지 촉매라고 한다)까지 사이의 배기관의 내벽의 대표 온도(이하, 배기관벽 온도라고 한다)를 추정하는 제 2 추정 수단(20)과, 상기 정상 촉매 온도와 상기 배기관벽 온도에 의거하여 촉매에 유입하는 촉매 유입 배기 온도를 추정하는 제 3 추정 수단(30)과, 상기 촉매 유입 배기 온도에 의거하여 촉매의 온도를 추정하는 제 4 추정 수단(40)으로 구성되어 있다.
또한, 본 실시예에서는, 이러한 촉매 온도 추정 장치가 감속 연료 커트 제어 기능을 구비한 차량에 장비되어 있는 것으로 한다. 감속 연료 커트 제어에 관한 상세는 도시하지 않지만, 이 감속 연료 커트 제어는, 엔진용 전자 제어 유닛(엔진용의 ECU)에 의해 행하여진다. 즉, 엔진 ECU에서는, 엔진의 실린더에 흡입되는 흡기량과, 실린더에 연료를 공급하는 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 량과 그분사 타이밍과, 실린더 내의 연료 혼합기(混合氣)를 연소시키기 위한 점화 플러그를 점화시키는 타이밍을 제어하는데, 차량의 감속시에는, 소정 조건이 성립되면, 엔진으로의 연료 공급을 일부 기통 또는 전 기통에 대해 정지(커트) 제어한다.
또한, 도 1에는 도시되지 않았지만, 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치에는, 주기적으로 기동 신호를 출력하는 수단이 구비되어 있고, 제 1 추정 수단(10) 내지 제 4 추정 수단(40)에서의 각 처리가 주기적(예를 들면, 100ms마다)으로 실행되게 되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 추정 수단(10)은, 현재 엔진이 감속 연료 커트[퓨얼 커트(F/C)라고도 한다]중인지의 여부를 판단하는 F/C 판단 수단(11)과, 전회 추정된 전회 촉매 온도를 기억하는 촉매 온도 기억부(12)와, 엔진의 정상 상태에서의 엔진 회전 속도(Ne) 및 부하(Pb)에 대응한 가(假) 촉매 온도를 추정하는 가 촉매 온도 추정 수단(13)과, 차속과 배기 유량에 의거하여 배기 온도 저하량을 추정하는 배기 온도 저하량 추정 수단(14)과, 가 촉매 온도 및 배기 온도 저하량으로부터 엔진의 연소실에서 배출되는 배기의 온도(이것이 엔진 정상 상태에서의 촉매 온도에 상당한다, 이하, 유입 배기 온도라고도 한다)를 추정하는 정상 촉매 온도 추정 수단(15)으로 구성되어 있다.
여기서, 제 1 추정 수단(10)은, F/C 판단 수단(11)에 의해 F/C 중이라고 판단되면(도면 중 YES), 촉매 온도 기억부(12)에 기억되어 있는 전회 추정된 전회 촉매 온도를 취득하고, 이 전회 촉매 온도를 금회의 촉매 온도로서 채용하게 되어 있고, 후술하는 제 2 추정 수단(20)부터 제 4 추정 수단(40)에서의 촉매 온도 추정을행하지 않고, 촉매 온도 추정을 종료시키게 되어 있다.
또한, 엔진을 시동시키고 나서 처음으로 촉매 온도를 추정하는 경우에는, 촉매 온도 기억부(12)에 전회 추정된 전회 촉매 온도가 기억되어 있지 않기 때문에, 제 1 추정 수단(10)은 미리 설정되어 있는 촉매 온도 초기치를 금회의 촉매 온도로 하도록 되어 있다. 이 촉매 온도 초기치는 촉매 작동 온도 영역 내의 비교적 높은 온도를 설정하여 두는 것이 바람직하고, 예를 들면 600℃ 내지 700℃ 정도가 바람직하다. 이와 같이, 촉매 온도 초기치를 조금 높게 설정하여 두면, 촉매 온도 추정치가 실제치보다도 과잉으로 저하하는 일이 없고, 촉매가 내열 온도를 초과하고 있음에도 불구하고 감속 연료 커트가 행하여진다는 촉매의 열-열화에 있어서 최악의 사태를 회피할 수 있는 것이다.
또한 역으로, F/C 판단 수단(11)에 의해 F/C 중이 아니라고 판단되면(도면 중 NO*), 정상 촉매 온도 추정 수단(15)에서는, 가 촉매 온도 추정 수단(13)에서 추정된 가 촉매 온도와 배기 온도 저하량 추정 수단(14)에서 추정된 배기 온도 저하량에 의거하여 정상 촉매 온도가 추정되게 되어 있다.
가 촉매 온도 추정 수단(13)에는, 실험적으로 구하여진 엔진 정상 상태에서의 엔진 회전 속도(Ne)와 부하(여기서는 인테이크 매니폴드 압력(Pb))에 대해 촉매 온도를 대응시킨 촉매 온도 맵(13a)이 격납되어 있고, 엔진의 운전 상태를 나타내는 회전 속도(Ne) 및 부하(Pb)를 취득하고, 이들 엔진의 운전 상태(Ne, Pb)에 의거하여 가 촉매 온도를 추정하는 것이다.
또한, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)은, 차속 및 배기 유량에 대응한 배기관으로부터의 방열에 의한 배기 온도 저하분(량)을 추정하는 것으로서, 실험적으로 구하여진 소정의 기준 배기 유량[예를 들면, 15리터/초(단, 차속이 100km/h 부근의 운전시)]에 있어서의 차속에 대해 기준 배기 온도 저하량을 대응시킨 기준 배기 온도 저하량 맵(14b)과, 실험적으로 구하여진 배기 유량에 대응한 기준 배기 온도 저하량에 대한 보정치를 대응시킨 보정치 맵(14d)이 격납되어 있고, 차속에 의거하여 기준 배기 온도 저하량을 추정하는 기준 배기 온도 저하량 추정부(14a)와, 배기 유량에 의거하여 배기 유량 보정치를 추정하는 배기 유량 보정치 추정부(14c)와, 상기 기준 배기 온도 저하량 및 상기 배기 유량 저하량에 의거하여 배기 온도 저하량을 추정하는 배기 온도 저하량 추정부(14e)를 구비하고 구성되어 있다.
또한, 배기 유량 보정치 추정부(14c)에서는, 엔진에 흡입되는 흡기 유량에 대응하여 엔진으로부터 배출되는 배기 유량이 결정되기 때문에, 엔진의 흡기 유량 센서 등으로부터 흡기 유량을 취득하고, 예를 들면, 이 흡기 유량에 소정의 게인을 곱함에 의해 배기 유량을 구할 수 있다. 또한, 엔진 운전 상태가 과도 상태에 있으면, 흡기 유량과 배기 유량과의 사이에 약간 시간차가 생기지만, 이것은 어느 정도 무시할 수 있는 것으로 한다.
그리고, 배기 유량 보정치 추정부(14c)에서는, 이 배기 유량에 대응한 기준 배기 온도 저하량에 대한 보정치를 추정하게 되어 있다.
따라서 F/C 판단 수단(11)에 의해 F/C 중이 아니라고 판단되었으면(도면 중 NO), 가 촉매 온도 추정 수단(13)에서, 엔진의 운전 상태를 나타내는 회전 속도(Ne) 및 부하(Pb)가 취득되고, 촉매 온도 맵(13a)에 의거하여 가 촉매 온도가추정되고, 이것과 함께, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)의 배기 온도 저하량 추정부(14e)에서는, 기준 배기 온도 저하량 추정부(14a)에서 추정된 차속에 대응한 기준 배기 온도 저하량과, 배기 유량 보정치 추정부(14c)에서 추정된 배기 유량에 대응한 기준 배기 온도 저하량에 대한 보정치에 의거하여 배기 온도 저하량이 추정된다. 또한, 이 때, 기준 배기 온도 저하량을 □T, 보정치를 K라고 하면, 배기 온도 저하량 TVS는 하기 식(1)으로 추정된다.
TVS= K·□T … (1)
그리고, 정상 촉매 온도 추정 수단(15)에서는, 가 촉매 온도 추정 수단(13)에서 추정된 가 촉매 온도와, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)에서 추정된 배기 온도 저하량이 취득되고, 정상 촉매 온도가 추정된다. 또한, 이 때, 가 촉매 온도를 TB, 배기 온도 저하량을 TVS라고 하면, 정상 촉매 온도 TCATB은 하기 식(2)으로 추정된다.
TCATB= TB·TVS… (2)
다음에, 제 2 추정 수단(20)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 전회 추정된 전회 배기관벽 온도를 기억하는 배기관벽 온도 기억부(21)와, 배기 유량에 대응한 배기관벽 온도 변화율을 추정하는 배기관벽 온도 변화율 추정부(22)와, 상기 제 1 추정 수단(10)에서 추정된 정상 촉매 온도와 전회 추정된 전회 배기관벽 온도와 배기관벽 온도 변화율에 의거하여 배기관벽 온도를 추정하는 배기관벽 온도 추정 수단(23)으로 구성되어 있다.
배기관벽 온도 변화율 추정부(22)에는, 실험적으로 구하여진 배기 유량에 대해 배기관벽 온도 변화율을 대응시킨 배기관벽 온도 변화율 맵(22a)이 격납되어 있고, 상기 배기 유량 보정치 추정부(14c)와 마찬가지로 배기 유량이 구하여지고, 이 배기 유량에 대응한 배기관벽 온도 변화율을 상기 배기관벽 온도 변화율 맵(22a)에 의거하여 추정하게 되어 있다.
또한, 이 배기관벽 온도 변화율은, 배기관벽 온도가 정상 촉매 온도(유입 배기 온도)의 변화에 대해 1차 지연으로써 변화하도록 연산을 행하기 위한 것이다. 즉, 배기관의 내벽의 온도가 배기관 내의 배기 유량(즉, 배기류 속도)에 대응하여 배기의 열량을 흡수하여 변화하는 때에, 상기 제 1 추정 수단(10)에서 추정된 정상 촉매 온도의 변화에 대해 1차 지연으로써 변화한다. 그래서, 배기관벽 온도 변화율을 마련하고, 배기관벽 온도를 적절하게 추정할 수 있도록 하고 있는 것이다. 또한, 이 배기관벽 온도 변화율은 각 주기마다 그 때의 배기 유량에 응하여 결정되는 것이다.
이와 같은 구성에 의해, 제 2 추정 수단(20)에서는, 배기관벽 온도 추정 수단(23)은, 상기 제 1 추정 수단(10)에서 추정된 정상 촉매 온도, 배기관벽 온도 기억부(21)에 기억되어 있는 전회 추정된 전회 배기관벽 온도, 배기관벽 온도 변화율 추정부(22)에서 추정된 배기관벽 온도 변화율이 취득되고, 이들에 의거하여 배기관벽 온도가 추정된다. 여기서, 정상 촉매 온도를 TCATB, 전회 배기관벽 온도를 TEXW(n-1), 배기관벽 온도 변화율을 KEXW라고 하면, 배기관계 온도 TEXW(n)는 하기 식(3)으로추정된다.
TEXW(n) = (1-KEXW)·TEXW(n-1) + KEXW·TCATB… (3)
여기서, 상기 식(3)으로 추정되는 배기관벽 온도 TEXW(n)은, 도 2의 a에 도시한 바와 같이, 제 1 추정 수단(10)의 식(2)으로 추정되는 정상 촉매 온도 TCATB가 파선 A로 도시한 바와 같이 순간적으로 온도가 상승하고, 그 후 일정 온도로 된 경우(즉, 엔진의 운전 상태가 급격하게 변화하고, 엔진의 연소실에서 배출되는 배기의 온도가 순간적으로 스탭 형상으로 상승하고, 그 후 정상 상태로 된 경우)에는, 2점 쇄선 B로 도시한 바와 같이, 정상 촉매 온도(파선 A)에 대해 1차 지연으로써 변화하도록 추정된다.
또한, 엔진을 시동시키고 나서 처음으로 촉매 온도를 추정하는 경우에는, 배기관벽 온도 기억부(21)에 전회 추정된 전회 배기관벽 온도가 기억되어 있지 않기 때문에, 배기관벽 온도 추정부(23)는 미리 설정되어 있는 배기관벽 온도 초기치를 전회 추정된 전회 배기관벽 온도로 하도록 되어 있다. 이 배기관벽 온도 초기치에 대해서도 촉매 작동 온도 영역 내의 비교적 높은 온도를 설정하여 두는 것이 바람직하고, 예를 들면 600℃ 내지 700℃ 정도가 바람직하다. 이와 같이, 배기관벽 온도 초기치를 조금 높게 설정하여 두면, 촉매 온도 추정치가 실제치보다도 과잉으로 저하하는 일이 없고, 촉매가 내열 온도를 초과하고 있음에도 불구하고 감속 연료 커트가 행하여진다는 촉매의 열-열화에 있어서 최악의 사태를 회피할 수 있는 것이다.
다음에, 제 3 추정 수단(30)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 배기 유량에 대응한 배기 온도 반영률을 추정하는 배기 온도 반영률 추정부(31)와, 상기 제 1 추정 수단(10)에서 추정된 정상 촉매 온도와 상기 제 2 추정 수단에서 추정된 배기관벽 온도와 상기 배기 온도 반영률에 의거하여 촉매에 유입하는 배기 온도(이하, 촉매 유입 배기 온도라고 한다)를 추정하는 촉매 유입 배기 온도 추정 수단(32)으로 구성되어 있다.
배기 온도 반영률 추정부(31)에는, 실험적으로 구하여진 배기 유량에 대해 배기 온도 반영률을 대응시킨 배기 온도 반영률 맵(31a)이 격납되어 있고, 상기 배기 유량 보정치 추정부(14c)와 마찬가지로 배기 유량을 구하고, 이 배기 유량에 대응한 배기 온도 반영률을 상기 배기 온도 반영률 맵(31a)에 의거하여 추정하게 되어 있다.
또한, 이 배기 온도 반영률은, 배기 유량에 대응한 촉매 유입 배기 온도에 대한 정상 촉매 온도와 배기관벽 온도의 가중을 고려하기 위한 것이다. 또한, 이 배기 온도 반영률은 각 주기마다 그 때의 배기 유량에 응하여 결정되는 것이다.
이와 같은 구성에 의해, 제 3 추정 수단(30)에서는, 촉매 유입 배기 온도 추정 수단(32)에서는 상기 제 1 추정 수단에서 추정된 정상 촉매 온도와 상기 제 2 추정 수단에서 추정된 배기관벽 온도와 상기 배기 온도 반영률이 취득되고, 이들에 의거하여 촉매 유입 배기 온도가 추정된다. 여기서, 정상 촉매 온도를 TCATB, 배기관벽 온도를 TEXW(n), 배기 온도 반영률을 KEXG라고 하면, 촉매 유입 배기 온도 TEXG(n)는 하기 식(4)으로 추정된다.
TEXG(n) =(1-KEXG)·TEXW(n) ＋ KEXG·TCATB… (4)
여기서, 도 2의 b에 도시한 바와 같이, 상기 식(4)로 추정되는 촉매 유입 배기 온도 TEXG(n)는, 제 1 추정 수단(10)에서 추정된 정상 촉매 온도 TCATB[도 2의 a, 도 2의 b중 파선 A]와 제 2 추정 수단(20)에서 추정된 배기관벽 온도 TEXW(n)[도 2의 a, 도 2의 b중 2점 쇄선 B]와의 가중평균에 의해, 가는 실선 C로 도시한 바와 같이 추정된다.
다음에, 제 4 추정 수단(40)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 전회 추정된 전회 촉매 온도를 기억하는 촉매 온도 기억부(41)와, 배기 유량에 대응한 촉매 온도 변화율을 추정하는 촉매 온도 변화율 추정부(42)와, 상기 제 3 추정 수단(30)에서 추정된 촉매 유입 배기 온도와 전회 추정된 전회 촉매 온도와 촉매 온도 변화율에 의거하여 촉매 온도를 추정하는 촉매 온도 추정 수단(43)으로 구성되어 있다.
촉매 온도 변화율 추정부(42)에는, 실험적으로 구하여진 배기 유량에 대해 촉매 온도 변화율을 대응시킨 촉매 온도 변화율 맵(42a)이 격납되어 있고, 상기 배기 유량 보정치 추정부(14c)와 마찬가지로 배기 유량을 구하고, 이 배기 유량에 대응한 촉매 온도 변화율을 상기 촉매 온도 변화율 맵(42a)에 의거하여 추정하게 되어 있다.
또한, 이 촉매 온도 변화율은, 촉매 온도가 상기 제 3 추정 수단(30)에서 추정된 촉매 유입 배기 온도의 변화에 대해 1차 지연으로써 변화하도록 연산을 행하기 위한 것이다. 즉, 촉매가 촉매에 유입하는 배기(촉매 유입 배기라고도 한다)의 배기 유량(즉, 배기류 속도)에 대응하여, 촉매 유입 배기의 열량을 흡수하여 변화하는 때에, 상기 제 3 추정 수단(30)에서 추정된 촉매 유입 배기 온도의 변화에 대해 1차 지연으로써 변화한다. 그래서, 촉매 온도 변화율을 마련하고, 촉매 온도를 적절하게 추정할 수 있도록 하고 있는 것이다. 또한, 이 촉매 온도 변화율은 각 주기마다 그 때의 배기 유량에 응하여 결정되는 것이다.
이와 같은 구성에 의해, 제 4 추정 수단(40)에서는, 촉매 온도 추정 수단(43)은, 상기 제 3 추정 수단(30)에서 추정된 촉매 유입 배기 온도와 전회 촉매 온도와 촉매 온도 변화율이 취득되고, 이들에 의거하여 촉매 온도가 추정된다. 여기서, 촉매 유입 배기 온도를 TEWG(n), 전회 촉매 온도를 TCAT(n-1), 촉매 온도 변화율을 KCAT라고 하면, 촉매 온도 TCAT(n)는 하기 식(5)으로 추정된다.
TCAT(n) = (1-KCAT)·TCAT(n-1) ＋ KCAT·TEXG(n) … (5)
여기서, 도 2의 c에 도시한 바와 같이, 상기 식(5)로 추정되는 촉매 온도 TCAT(n)은 굵은 실선 D로 도시한 바와 같이, 제 3 추정 수단(30)에서 추정된 촉매 유입 배기 온도 TEXG(n)[도 2의 b, 도 2의 c 중간정도의 가는 실선 C]에 대해 1차 지연으로써 변화하도록 추정된다.
또한, 엔진을 시동시키고 나서 처음으로 촉매 온도를 추정하는 경우에는, 촉매 온도 기억부(41)에 전회 추정된 전회 촉매 온도가 기억되어 있지 않기 때문에,촉매 온도 추정 수단(43)은 미리 설정되어 있는 촉매 온도 초기치를 전회 추정된 전회 촉매 온도로 하도록 되어 있다. 이 촉매 온도 초기치에 대해서도 촉매 작동 온도 영역 내의 비교적 높은 온도를 설정하여 두는 것이 바람직하고, 예를 들면 600℃ 내지 700℃가 바람직하다. 이와 같이, 배기관벽 온도 초기치를 조금 높게 설정하여 두면, 촉매 온도 추정치가 실제치보다도 과잉으로 저하하는 일이 없고, 촉매가 내열 온도를 초과하고 있음에도 불구하고 감속 연료 커트가 행하여진다는 촉매의 열-열화에 있어서 최악의 사태를 회피할 수 있는 것이다.
다음에, 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 방법에 관해 설명한다.
촉매 온도 추정이 스타트되면, 도 3에 도시한 처리가 주기적으로 행하여지게 되어 있다. 즉, 제 1 스탭 S10에서, 우선, F/C 판단이 행하여진다. 여기서, F/C가 행하여지고 있다고 판단되면(도면 중 YES), 전회 촉매 온도를 취득하고, 이 전회 촉매 온도를 촉매 온도로 하고 촉매 온도 추정을 종료한다.
한편, F/C가 행하여지고 있지 않다고 판단되면(도면 중 NO), 엔진의 운전 상태에 의거하여 정상 촉매 온도를 추정한다. 그리고, 제 2 스탭 S20에서 상기 정상 촉매 온도에 의거하여 배기관벽 온도를 추정하고, 제 3 스탭 S30에서 상기 정상 촉매 온도와 상기 배기관벽 온도에 의거하여 촉매 유입 배기 온도를 추정한다. 최후로 제 4 스탭 S40에서 상기 촉매 유입 배기 온도에 의거하여 촉매 온도를 추정하고, 촉매 온도 추정은 종료한다. 이와 같은 처리가 일정 주기에 의해 주기적으로 반복되는 것이다.
본 발명의 제 1 실시예로서의 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법은, 상술한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 촉매 온도 추정이 시작되면, 우선, 제 1 스탭 S10의 제 1 추정 수단(10)의 F/C 판단 수단(11)에서 F/C 판단이 행하여지고, F/C 중이라고 판단되면, 촉매 온도 기억부(12)에 기억된 전회 추정된 전회 촉매 온도를 금회의 촉매 온도로서 추정한다. 이 때문에, 엔진의 부하가 저감하고 있는 F/C 중의 운전 상태에 대응한 촉매 온도 맵(13a)의 낮은 가 촉매 온도로 촉매 온도를 추정하는 일이 없게 된다. 또한, 실제상에서도 F/C 중에 급격하게 촉매 온도가 저하하는 일이 없다. 따라서 실제의 촉매 온도로 추정된 촉매 온도와의 오차를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, F/C의 시작을 위한 소정 조건이 성립하여도 촉매 온도 추정 장치에 의해 추정된 촉매 온도가 소정의 온도를 초과하면, 감속시 연료 커트(F/C)를 중지시키고, 소정 공연비로 연료를 공급하도록 제어하면, 촉매가 고온이면서 또한 산화 분위기(린 공연비)하로 되는 것을 막을 수 있다.
역으로, 제 1 스탭 S10의 제 1 추정 수단(10)에서 F/C 판단이 행하여지고, F/C 중이 아니라고 판단되면, 제 1 스탭의 제 1 추정 수단(10)의 정상 촉매 온도 추정 수단(15)에서, 엔진 정상 상태에서의 촉매 온도에 차속(주행 속도) 및 배기 유량에 대응한 배기관으로부터의 방열에 의한 배기 온도 저하량의 보정이 시행된다. 이 때문에, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다. 환언하면, 주행풍에 의한 온도 저하분만큼의 보정이 행하여지기 때문에, 이 정상 촉매 온도에 의거하여 추정되는 촉매 온도와 실제의 촉매 온도와의 오차를 억제할 수 있다.
또한, 엔진의 운전 상태, 즉, 엔진의 회전 속도(Ne) 및 부하(Pb)에 응한 정상 촉매 온도가 추정되기 때문에, 각 주기마다 엔진의 운전 상태에 응한 촉매 온도가 추정되게 되어, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
다음에, 제 2 스탭 S20의 제 2 추정 수단(20)의 배기관벽 온도 추정 수단(23)에서, 배기관벽 온도가 상기 정상 촉매 온도의 변화에 대해 배기 유량(배기류 속도)에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 상기 정상 촉매 온도에 의거하여 배기관벽 온도가 추정된다.
그리고, 제 3 스탭 S30의 제 3 추정 수단(30)의 촉매 유입 배기 온도 추정 수단(32)에서는, 상기 정상 촉매 온도와 상기 배기관벽 온도에 의거하여, 배기 유량에 대응한 촉매 유입 배기 온도에 대한 정상 촉매 온도와 배기관벽 온도의 가중이 고려되어 촉매 유입 배기 온도가 추정된다.
최후로, 제 4 스탭 S40의 제 4 추정 수단(40)의 촉매 온도 추정부(43)에서는, 촉매 온도가 상기 촉매 유입 배기 온도의 변화에 대해 배기 유량(배기류 속도)에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 상기 촉매 유입 배기 온도에 의거하여 촉매 온도가 추정된다.
따라서 이러한 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법에 의하면, 배기 유량에 대응한 배기관의 내벽에 흡수되는 배기의 열량이 고려되어 있기 때문에, 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다. 게다가, 그 배기관의 내벽의 대표 온도(배기관벽 온도)가 상기 정상 촉매 온도의 변화에 대해 배기 유량(배기류 속도)에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것을 고려하고 있기 때문에, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 촉매 자체도 촉매 유입 배기 온도의 변화에 대해 배기 유량(배기류 속도)에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것을 고려하고 있기 때문에, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법에 의해 추정된 촉매 온도가 소정의 온도를 초과하면, 차량에 장비되어 있는 감속시 연료 커트 제어의 감속시 연료 커트(F/C)를 중지시키도록 제어하면, 촉매가 고온이며 또한 산화 분위기(린 공연비)하로 되는 것을 적확하게 막을 수 있도록 된다.
제 2 실시예
다음에, 본 발명의 제 2 실시예에 관해 설명하면, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예로서의 촉매 온도 추정 장치를 도시한 것으로, 해당 제 1 추정 수단(10)의 구성을 모식적으로 도시한 블록도이다.
본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법의 주 구성은 상기 제 1 실시예의 도 1 및 도 3과 마찬가지이고, 해당 제 1 추정 수단(10)의 구성만이 다르기 때문에, 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법의 설명은 일부 생략하고, 변경 부분을 중심으로 설명한다. 또한, 본 실시예에 있어서, 상기 제 1 실시예와 같은 부호의 것은 같은 것을 나타낸다.
본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치에서는, 제 1 추정 수단(10)의 가 촉매 온도 추정 수단(13)에서 가 촉매 온도를 추정하는 때에, 엔진의 운전 상태(Nc, Pb)에 더하여, 엔진의 점화 시기에 관한 노크 리타드량에 대응하여 가 촉매 온도가 상승하는 것으로 하여 가 촉매 온도를 추정하고 있다. 또한, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)의 기준 배기 온도 저하량 추정부(14a)에서 기준 배기 온도 저하량을 추정하는 때에, 차속에 더하여 배기관의 분위기 온도 또는 그것에 상관이 있는 엔진 흡기 온도에 대응하여 기준 배기 온도 저하량이 변화하는 것으로 하여 배기 온도 저하량을 추정하고 있다. 그리고, 이들 가 촉매 온도 및 배기 온도 저하량에 의거하여 정상 촉매 온도를 추정하도록 구성되어 있다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 가 촉매 온도 추정 수단(13)에는, 실험적으로 구하여진 엔진 정상 상태에서의 엔진 회전 속도(Nc)와 부하(Pb)에 대해 촉매 온도를 대응시킨 촉매 온도 맵(13a)과, 실험적으로 구하여진 노크 리타드량에 대해 배기 온도 상승량을 대응시킨 노크 리타드 상승량 맵(13b)이 격납되어 있고, 가 촉매 온도 추정 수단(13)은, 엔진의 운전 상태(Ne, Pb) 및 노크 리타드량을 취득하고, 촉매 온도 맵(13a) 및 노크 리타드 상승량 맵(13b)에 의거하여 가 촉매 온도를 추정하도록 구성되어 있다.
또한, 노크 리타드량은, 엔진용의 ECU에서, 예를 들면 노크 센서 등으로부터의 노크 정보에 의거하여 설정되기 때문에, 가 촉매 온도 추정 수단(13)에서는, 이와 같이 설정된 노크 리타드량 정보에 의거하여 가 촉매 온도의 추정을 행하게 되어 있다.
또한, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)의 기준 배기 온도 저하량 추정부(14a)에는, 실험적으로 구하여진 소정의 기준 배기 량[예를 들면, 15리터/초(단, 차속이 100km/h 부근의 운전시)]에 있어서의 차속에 대해 기준 배기 온도 저하량에 대응시킨 기준 배기 온도 저하량 맵(14b)과, 실험적으로 구하여진소정의 기준 온도(예를 들면, 25℃)에 대한 배기관의 분위기 온도에 대해 배기 온도 저하량을 대응시킨 분위기 온도 보정량 맵(14f)이 격납되어 있고, 기준 배기 온도 저하량 추정부(14a)는, 차속 및 배기관의 분위기 온도를 취득하고, 기준 배기 온도 저하량 맵(14b) 및 분위기 온도 보정량 맵(14f)에 의거하여 기준 배기 온도 저하량을 추정하도록 구성되어 있다.
또한, 배기관의 분위기 온도는, 배기관 부근에 마련된 온도 센서 등으로부터 취득하던지, 또는 차 밖의 외기온이나, 또는 엔진에 구비된 흡기 온도 센서로부터 취득된 엔진 흡기 온도 등을 배기관의 분위기 온도로서 대용하도록 하여도 좋다.
따라서 F/C 판단 수단(11)에 의해 F/C 중이 아니라고 판단되었으면(도면 중 NO), 가 촉매 온도 추정 수단(13)에서, 엔진의 운전 상태를 나타내는 회전 속도(Ne) 및 부하(Pb)가 취득되고, 촉매 온도 맵(13a)에 의거하여 촉매 온도가 추정됨과 함께, 노크 리타드량이 취득되고, 노크 리타드 상승량 맵(13b)에 의거하여 배기 온도 상승량이 추정된다. 그리고, 촉매 온도 맵(13a)에 의거하여 추정된 촉매 온도에 노크 리타드 상승량 맵(13b)에 의거하여 추정된 배기 온도 상승량을 가함에 의해, 가 촉매 온도가 추정되게 되어 있는 것이다.
또한, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)의 기준 배기 온도 저하량 추정부(14a)에서는, 차속이 취득되고, 기준 배기 온도 저하량 맵(14b)에 의거하여 가(假) 기준 배기 온도 저하량이 추정됨과 함께, 배기관의 분위기 온도가 취득되고, 분위기 온도 보정량이 추정된다. 그리고, 상기 가 기준 배기 온도 저하량으로부터 전기(前期) 분위기 온도 보정량을 공제함에 의해 기준 배기 온도 저하량이 추정되게 되어 있는 것이다.
그리고, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)의 배기 온도 저하량 추정부(14e)에서는, 상기 기준 배기 온도 저하량과 배기 유량 보정치 추정부(14c)에서 추정된 배기 유량 보정치에 의거하여 배기 온도 저하량이 상기 식(1)에 의해 추정된다.
또한, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로, 제 1 추정 수단(10)의 정상 촉매 온도 추정 수단(15)에서는, 가 촉매 온도 추정 수단(13)에서 추정된 가 촉매 온도와, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)에서 추정된 배기 온도 저하량에 의거하여 상기 식(2)에 의해 정상 촉매 온도가 추정되게 되어 있다.
또한, 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치의 다른 구성, 즉, 제 2 추정 수단(20), 제 3 추정 수단(30), 제 4 추정 수단(40)은 상기 제 1 실시예의 도 1과 같고, 촉매 온도 추정 방법은 상기 제 1 실시예의 도 3과 같기 때문에, 그 설명은 생략한다.
본 발명의 제 2 실시예로서의 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법은, 상술한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 촉매 온도 추정이 시작되면, 우선, 제 1 스탭 S10(도 3 참조)의 제 1 추정 수단(10)에서 F/C 판단이 행하여지고, F/C 중이 아니라고 판단되면, 제 1 스탭의 제 1 추정 수단(10)의 정상 촉매 온도 추정 수단(15)에서는, 정상 촉매 온도가 추정된다. 이 때, 제 1 추정 수단(10)의 가 촉매 온도 추정 수단(13)에서는, 노크 리타드량을 고려한 가 촉매 온도가 추정되고, 제 1 추정 수단(10)의 배기 온도 저하량 추정 수단(14)에서는, 차속(주행 속도) 및 배기 유량에 더하여 분위기 온도를 고려한 배기 온도 저하량이 추정된다. 그리고,정상 촉매 온도 추정 수단(15)에서는, 상기 가 촉매 온도 및 상기 배기 온도 저하량에 의거하여, 엔진 정상 상태에서의 정상 촉매 온도가 추정되게 되어 있다.
따라서 본 실시예에서는, 상기 제 1 실시예의 효과에 더하여, 가 촉매 온도를 추정하는 때에, 엔진의 운전 상태(Ne, Pb)에 더하여, 엔진의 점화 시기에 관한 노크 리타드량에 대응하여 가 촉매 온도가 상승하는 것으로 하여 가 촉매 온도를 추정함과 함께, 기준 배기 온도 저하량을 추정하는 때에, 차속에 더하여, 배기관의 분위기 온도에 대응하여 기준 배기 온도 저하량이 변화하는 것으로 하여(즉, 배기관으로부터의 방열이 배기관의 분위기 온도에 응하여 변화하는 것으로 하여), 배기 온도 저하량이 추정된다. 그 때문에, 최종적으로 추정되는 촉매 온도에는, 노크 리타드량에 의한 배기 온도 상승분 및, 배기관의 분위기 온도(즉, 외기온)를 고려한 주행풍에 의한 배기 온도 저하분(또는 배기 온도 상승분)의 보정이 시행되게 되어, 보다 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.
제 3 실시예
다음에, 본 발명의 제 3 실시예에 관해 설명하면, 도 5, 도 6은 본 발명의 제 3 실시예로서의 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법을 도시한 것으로, 도 5는 그 촉매 온도 추정 장치의 전체 구성을 모식적으로 도시한 블록도, 도 6은 그 촉매 온도 추정 방법의 처리 플로우를 도시한 플로우 차트이다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 제 1 실시예와 같은 부호의 것은 같은 것을 나타낸다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치는, 엔진의운전 상태에 의거하여 정상 촉매 온도를 추정하는 제 1 추정 수단(100)과, 상기 정상 촉매 온도에 의거하여 엔진부터 촉매까지 사이의 배기관벽 온도를 추정하는 제 2 추정 수단(20)과, 상기 정상 촉매 온도와 상기 배기관벽 온도에 의거하여 촉매에 유입하는 가 촉매 유입 배기 온도를 추정하는 제 3 추정 수단(300)과, 상기 가 촉매 유입 배기 온도에 차속 및 배기 유량에 대응한 배기관으로부터의 방열에 의한 배기 온도 저하분(량)의 보정을 시행하여 촉매 유입 배기 온도를 추정하는 배기 온도 저하량 보정 수단(140)과, 상기 촉매 유입 배기 온도에 의거하여 촉매의 온도를 추정하는 제 4 추정 수단(40)으로 구성되어 있다.
여기서, 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법은, 상기 제 1 실시예에서의 제 1 추정 수단(10)의 촉매 온도 저하량 추정 수단(14)이 제 1 추정 수단(10)에는 포함되어 있지 않고, 배기 온도 저하량 보정 수단(140)에 있어서, 제 3 추정 수단(300)에서 추정된 가 촉매 유입 배기 온도에 대해 촉매 온도 저하량 추정 수단(14)에서 추정된 배기 온도 저하량의 보정을 시행하도록 구성되어 있다.
그 때문에, 여기서는 상기 제 1 실시예와는 다른 제 1 추정 수단(100), 제 3 추정 수단(300), 배기 온도 저하량 보정 수단(140) 및 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 방법을 중심으로 도 5, 도 6을 이용하여 설명하고, 상기 제 1 실시예와 공통 부분인 제 2 추정 수단(20), 제 4 추정 수단(40)에 관해서는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제 1 추정 수단(100)은, F/C 판정 수단(11)과, 촉매 온도 기억부(12)와, 가 촉매 온도 추정 수단(13)과, 정상 촉매 온도 추정 수단(15)으로 구성되어 있고, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)을 구비하고 있지 않는 점을 제외하면, 상기 제 1 실시예와 같은 구성을 하고 있다.
따라서 제 1 추정 수단(100)의 F/C 판정 수단(11)에 의해 현재 F/C 중이 아니라고 판단되면(도면 중 NO), 정상 촉매 온도 추정 수단(15)은, 가 촉매 온도 추정 수단(13)에 의해 엔진의 회전 속도(Ne) 및 부하(Pb)에 의거하여 추정된 가 촉매 온도를 정상 촉매 온도로서 채용하게 되어 있다.
제 3 추정 수단(300)은, 가 촉매 유입 배기 온도 추정부(320)를 구비하고, 제 1 추정 수단(100)에서 추정된 정상 촉매 온도와, 제 2 추정 수단(20)에서 추정된 배기관벽 온도에 의거하여 가 촉매 유입 배기 온도를 추정하게 되어 있다.
배기 온도 저하량 보정 수단(140)은, 주행풍에 의한 배기 온도 저하량을 추정하는 배기 온도 저하량 추정 수단(14)과, 배기 온도 저하량 보정부(141)로 구성되어 있다.
여기서, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)은 상기 제 1 실시예의 것과 마찬가지이고, 기준 배기 온도 저하량 추정부(14a)에서 차속에 대응한 기준 배기 온도 저하량이 추정되고, 배기 유량 보정치 추정부(14c)에서 보정치가 추정되고, 배기 온도 저하량 추정부(14e)에서, 이들 기준 배기 온도 저하량 및 보정치로부터 배기 온도 저하량이 추정되게 되어 있다.
배기 온도 저하량 보정부(141)는, 상기 제 3 추정 수단(300)에서 추정된 가촉매 유입 배기 온도로부터 배기 온도 저하량 추정 수단(14)에서 추정된 배기 온도 저하량을 공제하여 촉매 유입 배기 온도를 추정하게 되어 있다.
또한, 제 2 추정 수단(20), 제 4 추정 수단(40)은 상기 제 1 실시예의 것과 같은 구성을 하고 있는 것이다.
다음에, 본 실시예에 관한 촉매 온도 추정 방법에 관해 설명한다.
촉매 온도 추정이 스타트되면, 도 6에 도시한 처리가 주기적으로 행하여지게 되어 있다. 즉, 제 1 스탭 S100에서, 우선, F/C 판단이 행하여진다. 여기서, F/C가 행하여지고 있다고 판단되면(도면 중 YES), 전회 촉매 온도를 취득하고, 이 전회 촉매 온도를 촉매 온도로 하여 촉매 온도 추정을 일단 종료한다. 한편, F/C가 행하여지지 않는다고 판단되면(도면 중 NO), 엔진의 운전 상태에 의거하여 정상 촉매 온도를 추정한다. 그리고, 제 2 스탭 S20에서 상기 정상 촉매 온도에 의거하여 배기관벽 온도를 추정하고, 제 3 스탭 S300에서 상기 정상 촉매 온도와 상기 배기관벽 온도에 의거하여 가 촉매 유입 배기 온도를 추정한다. 그리고, 저하량 보정 스탭 S140에서, 엔진 정상 상태에서의 촉매 온도에 대해 차속(주행 속도) 및 배기 유량에 대응한 배기관으로부터의 방열에 의한 배기 온도의 저하분(량), 즉, 주행풍에 의한 배기 온도의 저하량의 보정이 시행되고, 촉매 유입 배기 온도가 추정된다. 최후로 제 4 스탭 S40에서 상기 촉매 유입 배기 온도에 의거하여 촉매 온도를 추정하고, 촉매 온도 추정은 종료한다. 이와 같은 처리가 일정 주기에 의해 주기적으로 반복되는 것이다.
본 발명의 제 3 실시예로서의 촉매 온도 추정 장치 및 촉매 온도 추정 방법은, 상술한 바와 같이 구성되어 있기 때문에, 상기 제 1 실시예의 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 배기 온도 저하량 보정 수단(140)의 배기 온도 저하량 추정 수단(14)이, 상기 제 2 실시예와 마찬가지로 구성되고, 기준 배기 온도 저하량 추정부(14a)가, 차속 및 배기관의 분위기 온도를 취득하고, 기준 배기 온도 저하량 맵(14b) 및 분위기 온도 보정량 맵(14f)에 의거하여 기준 배기 온도 저하량을 추정하도록 구성하여도 좋고, 이로써, 상기 제 2 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 관해 설명하였지만, 본 발명은 이들의 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변형하고 실시할 수 있다.
예를 들면, 상기 실시 형태에 있어서, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)에서 추정되는 엔진 정상 상태에서의 촉매 온도에 차속(주행 속도) 및 배기 유량에 대응한 배기관으로부터의 방열에 의한 배기 온도 저하량의 보정을 시행하는 단계(스탭)는 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 최종적으로 추정되는 촉매 온도에 대해 보정이 시행되어 있으면 좋다.
또한, 이 배기 온도 저하량 추정 수단(14)에서 추정되는 배기 온도 저하량은, 차속 및 배기 유량을 보정 계수로 하여, 이 보정 계수를 배기 온도에 승산함에 의해, 차속(주행 속도) 및 배기 유량에 대응한 배기관으로부터의 방열에 의한 배기 온도 저하량의 보정을 시행하여도 좋다. 이 때, 배기 온도 저하량 추정 수단(14)의기준 배기량 온도 저하량 맵(14b)에 상당하는 패러미터는, 실험적으로 구하여진 값을 채용하는 것이 생각된다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서, 추정되는 주행풍에 의한 배기 온도 저하분(량)을 배기 온도 저하량 추정 수단(14)에서 추정하는 때에, 배기관으로부터의 방열만을 고려하여 실험적으로 구한 차속에 대응시킨 기준 배기 온도 저하량 맵(14b)으로부터 배기 온도 저하량을 추정하도록 하였지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 배기 온도 저하량에 촉매로부터의 방열을 고려하여 기준 배기 온도 저하량 맵(14b)을 설정하여도 좋고, 또한, 외기온에 대응한 엔진으로부터의 배기 온도 저하분을 고려하여 기준 배기 온도 저하량 맵(14b)을 설정하여도 좋다.
또한, 상기 본 실시예에 있어서, 이러한 촉매 온도 추정 장치가 감속시 연료 커트 기능을 구비한 차량에 장비된 경우로 하였지만, 감속시 연료 커트 기능을 구비하지 않은 차량에 장비하여도 좋다. 이 경우에는, 제 1 추정 수단(10)(또는 100)에서, F/C 판단 수단(11) 및 촉매 온도 기억부(12)를 생략할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서 배기 유량을 취득하는 때에, 흡기량 센서에 의해 검출되는 엔진의 흡기 유량을 배기 유량으로 하도록 하였지만, 배기 유량을 취득하는 방법은 이에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 엔진 회전 속도, 엔진 부하(흡기관 압력), 기통 용적, 흡기 온도로부터, 흡기 유량을 하기 식 (6)에 의해 구하도록 하여도 좋다.
… (6)
본 발명에 따르면 배기관의 내벽에 흡수되는 배기의 열량을 고려하여 촉매 온도를 추정할 수 있고, 정확하게 촉매 온도를 추정할 수 있다.

Claims (19)

  1. 내연 기관의 배기관에 개장된 배기 정화용 촉매의 온도를 주기적으로 추정하는 촉매 온도 추정 장치로서,
    해당 내연 기관의 운전 상태에 의거하여 해당 내연 기관의 연소실에서 배출되는 배기의 온도를 해당 내연 기관의 정상 운전하에서의 정상 촉매 온도로서 추정하는 제 1 추정 수단(10, 100)과,
    해당 제 1 추정 수단(10, 100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도에 의거하여, 해당 내연 기관부터 해당 배기 정화용 촉매까지 사이의 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하는 제 2 추정 수단(20, 200)과,
    해당 제 1 추정 수단(10, 100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와 해당 제 2 추정 수단(2O, 200)에서 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도에 의거하여, 해당 배기 정화용 촉매에 유입하는 촉매 유입 배기 온도를 추정하는 제 3 추정 수단(30, 300)과,
    해당 제 3 추정 수단(30, 300)에서 추정된 해당 촉매 유입 배기 온도에 의거하여, 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 제 4 추정 수단(40, 400)을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    해당 제 1 추정 수단(10, 100)에서는, 해당 내연 기관의 운전 상태로서, 해당 내연 기관의 회전 속도와 해당 내연 기관의 부하 상태를 이용하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    해당 제 2 추정 수단(20, 200)에서는, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도가 해당 제 1 추정 수단(10, 100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도의 변화에 대해 해당 배기관 내의 배기류 속도에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    해당 제 3 추정 수단(30, 300)에서는, 해당 제 1 추정 수단(10, 100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와 해당 제 2 추정 수단(20, 200)에서 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를, 해당 배기관 내의 배기 유량에 대응하여 가중평균함으로써 해당 촉매 유입 배기 온도를 연산에 의해 추정하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    해당 제 4 추정 수단(40, 400)에서는, 해당 배기 정화용 촉매의 온도가 해당 제 3 추정 수단(30, 300)에서 추정된 해당 촉매 유입 배기 온도의 변화에 대해 해당 배기 정화용 촉매의 배기 유량에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여,해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    해당 제 1 추정 수단(10)에서 추정되는 해당 정상 촉매 온도는, 해당 배기의 온도를 해당 배기관으로부터의 방열에 의한 온도 저하분에 의거하여 보정함에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    해당 제 4 추정 수단(40, 400)에서 추정되는 해당 배기 정화용 촉매의 온도는, 해당 배기관으로부터의 방열에 의한 온도 저하분에 의거하여 보정된 해당 촉매 유입 배기 온도를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 방열에 의한 온도 저하분의 보정은, 차량의 주행 속도에 대응함과 함께, 해당 배기관 내의 배기 유량에 대응하여 행하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 차량의 주행 속도에 대응하는 온도 저하분의 보정은, 해당 배기관의 분위기 온도 또는 해당 분위기 온도에 상관이 있는 엔진 흡기 온도에 응하여 행하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    해당 제 1 추정 수단(10)에서 추정되는 해당 정상 촉매 온도는, 해당 배기의 온도를 해당 내연 기관의 점화 시기에 관한 노크 리타드량에 응하여 보정함에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  11. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    해당 내연 기관이 감속 연료 커트 중인지의 여부를 판단하는 감속 연료 커트 판단 수단을 구비하고,
    해당 제 1 추정 수단(10, 100)은, 그 감속 연료 판단 수단에 의해 해당 내연 기관이 감속 연료 커트 중이라고 판단된 경우에는, 전회 추정된 배기 정화용 촉매의 온도를, 해당 배기 정화용 촉매의 온도로서 채용함과 함께,
    해당 내연 기관의 시동 후에 최초로 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 때에, 해당 감속 연료 커트 판단 수단에 의해 감속 연료 커트 중이라고 판단된 경우에는, 미리 설정된 촉매 작동 온도 영역 내에서의 고온측의 온도의 촉매 온도 초기치를, 해당 배기 정화용 촉매의 온도로서 채용하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  12. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    해당 제 2 추정 수단(20, 200)은,
    해당 제 1 추정 수단(10, 100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와, 전회 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도에 의거하여, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하도록 구성되고,
    해당 내연 기관의 시동 후에 최초로 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 경우에는, 해당 제 1 추정 수단(10, 100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와, 미리 설정된 촉매 작동 온도 영역 내에서의 고온측의 온도의 배기관벽 온도 초기치에 의거하여, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  13. 내연 기관의 배기관에 개장된 배기 정화용 촉매의 온도를 주기적으로 추정하는 촉매 온도 추정 방법으로서,
    해당 내연 기관의 운전 상태에 의거하여 해당 내연 기관의 정상 운전하에서의 정상 촉매 온도를 추정하는 제 1 스탭(S10, S100)과,
    해당 제 1 스탭(S10, S100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도에 의거하여, 해당 내연 기관부터 해당 배기 정화용 촉매까지 사이의 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하는 제 2 스탭(S20)과,
    해당 제 1 스탭(S10, S100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와 해당 제 2 스탭(S20)에서 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도에 의거하여, 해당 배기 정화용 촉매에 유입하는 촉매 유입 배기 온도를 추정하는 제 3 스탭(S30, S300)과,
    해당 제 3 스탭(S30, S300)에서 추정된 해당 촉매 유입 배기 온도에 의거하여, 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 제 4 스탭(S40)을 구비하고, 상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 스탭의 각 처리를 각 주기마다 실행하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    해당 제 1 스탭(S10, S100)에서는, 해당 내연 기관의 운전 상태로서, 해당 내연 기관의 회전 속도와 해당 내연 기관의 부하 상태를 이용하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    해당 제 2 스탭(S20)에서는, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도가 해당 제 1 스탭(S10, S100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도의 변화에 대해 해당 배기관 내의 배기류 속도에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    해당 제 3 스탭(S30, S300)에서는, 해당 제 1 스탭(S10, S100)에서 추정된 해당 정상 촉매 온도와 해당 제 2 스탭(S20)에서 추정된 해당 배기관의 내벽의 대표 온도를, 해당 배기관 내의 배기 유량에 대응하여 가중평균함으로써 해당 촉매 유입 배기 온도를 연산에 의해 추정하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 방법.
  17. 제 13항에 있어서,
    해당 제 4 스탭(S40)에서는, 해당 배기 정화용 촉매의 온도가 해당 제 3 스탭(S30, S300)에서 추정된 해당 촉매 유입 배기 온도의 변화에 대해 해당 배기 정화용 촉매의 배기 유량에 대응한 1차 지연으로써 변화하는 것으로 하여, 해당 배기 정화용 촉매의 온도를 추정하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 방법.
  18. 제 7항에 있어서,
    상기 방열에 의한 온도 저하분의 보정은, 차량의 주행 속도에 대응함과 함께, 해당 배기관 내의 배기 유량에 대응하여 행하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 차량의 주행 속도에 대응하는 온도 저하분의 보정은, 해당 배기관의 분위기 온도 또는 해당 분위기 온도에 상관이 있는 엔진 흡기 온도에 응하여 행하는 것을 특징으로 하는 촉매 온도 추정 장치.
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