(57)【要約】【課題】広い条件下において排気通路における排気温度の推定を、低コスト且つ高精度で実現可能な排気温度推定装置を提供する。【解決手段】本発明の排気温度推定装置は、内燃機関（１）の排気通路（４）に酸化触媒（５）とＤＰＦ（６）とが設けられ、該排気通路のうち酸化触媒の上流側又は下流側の一方の排気温度を、他方に設けられた排気温度センサ（１１）の検出値に基づいて推定する。当該推定には、ＨＣ添加量から酸化触媒における酸化燃焼熱量ＱＨＣ、及び、酸化触媒と排気との間の熱交換量Ｑｅｘｈを考慮した熱収支モデルを使用することで、精度のよい排気温度推定を実施できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に酸化触媒及び該酸化触媒より下流側にＤＰＦが設けられ、前記排気通路のうち前記酸化触媒の上流側、又は、前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間のいずれか一方における排気温度を推定する排気温度推定装置であって、
前記排気通路のうち前記酸化触媒の上流側、又は、前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間の他方における第１排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記酸化触媒へのＨＣ添加量を検出するＨＣ添加量検出手段と、
前記ＨＣ添加量から前記酸化触媒における酸化燃焼熱量を算出する酸化燃焼熱量算出手段と、
前記酸化触媒と該酸化触媒を流れる排気との間における熱交換量を算出する熱交換量算出手段と、
前記検出された第１排気温度、前記酸化燃焼熱量及び熱交換量に基づいて、前記前記一方における第２排気温度を推定する排気温度推定手段と
を備えたことを特徴とする排気温度推定装置。
【請求項２】
外気温度を検出する外気温度検出手段と、
前記外気と前記酸化触媒との温度差から、前記酸化触媒から外気への放熱量を算出する放熱量算出手段と
を備え、
前記熱交換量算出手段は、前記放熱量に基づいて前記熱交換量を算出することを特徴とする請求項１に記載の排気温度推定装置。
【請求項３】
前記酸化燃焼熱量算出手段では、前記第１排気温度をパラメータとするアレニウス則を用いて前記酸化触媒で反応可能なＨＣ最大反応量を求め、前記ＨＣ添加量が前記ＨＣ最大反応量より大きい場合、前記ＨＣ最大反応量を前記ＨＣ添加量として酸化燃焼熱を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気温度推定装置。
【請求項４】
前記排気温度検出手段では、前記排気通路のうち前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間における排気温度を前記第１排気温度として検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の排気温度推定装置。
【請求項５】
前記排気温度検出手段は前記排気通路のうち前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に酸化触媒及びＤＰＦが設けられ、該排気通路における排気温度を推定可能な排気温度推定装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排気に含まれる大気汚染物質の削減は、近年、大きな課題となっている。そこで排気通路には、排気中に含まれる酸素を利用して排気中の炭化水素（ＨＣ）を主とした未燃焼物質を酸化して水（Ｈ２０）と二酸化炭素（ＣＯ２）に分解する酸化触媒（ＤＯＣ）や、排気中の未燃焼微細物質（ＰＭ）を捕集することによって浄化を行うディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）などからなる排気後処理装置が設けられている。この種の排気後処理装置では、ＤＰＦにおけるＰＭの蓄積量が増えると浄化能力が低下することから、所定タイミングで再生処理を実施することによって、蓄積したＰＭの燃焼処理を行う。
【０００３】
排気後処理装置では、その性能確保のために温度管理が重要である。特に酸化触媒では十分な浄化能力が発揮できるように活性温度以上に昇温する必要がある一方で、過昇温が生じると劣化や破損が生じるおそれがあるため、適切な温度範囲に管理する必要がある。そのため、排気通路に設けられた酸化触媒の前後には、排気温度センサがそれぞれ設置されている。しかしながらこの種の排気温度センサは比較的高価であるため、コスト削減の観点から設置箇所の低減が望まれている。
【０００４】
このような排気温度センサの設置箇所低減のための一策として、所定箇所に設置した排気温度センサの検出値に基づいて、他の箇所における排気温度を推定することによって、センサ数の低減を図ることが考えられる。特許文献１及び２は排気温度センサ数の低減を目的とするものではないが、排気通路において酸化触媒の前後いずれか一方に設置した排気温度センサの検出値に基づいて、他方の排気温度を推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２２７３０号公報
【特許文献２】特許第４３２５３６７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、内燃機関の運転状態が所定の安定状態ある場合に限り、排気温度の推定が可能となっている。また特許文献２では、酸化触媒におけるＨＣ酸化燃焼熱が無視できるような限られた運転条件が成立した場合に限って、排気温度の推定が可能である。このように、従来技術ではごく限られた条件が成立した場合にのみ排気温度の推定が可能であるため（例えばＤＰＦ再生中や過渡的な運転状態では推定できないため）、内燃機関の運転中に定常的に使用される排気後処理装置の監視用には適していない。そのため、上記技術をそのまま適用したのでは、排気温度センサの削減に至ることは難しい。
【０００７】
また特許文献２では、排気温度を推定するために酸化触媒を含む一連の系をモデル化しているが、運転条件の変化に対する排気温度の遅れを単純な１次遅れフィルタ等の伝達関数で表しているため、良好な推定精度を得ることが難しい。
【０００８】
本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、広い条件下において排気通路における排気温度の推定を、低コスト且つ高精度で実現可能な排気温度推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る排気温度推定装置は上記課題を解決するために、内燃機関の排気通路に酸化触媒及び該酸化触媒より下流側にＤＰＦが設けられ、前記排気通路のうち前記酸化触媒の上流側、又は、前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間のいずれか一方における排気温度を推定する排気温度推定装置であって、前記排気通路のうち前記酸化触媒の上流側、又は、前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間の他方における第１排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記酸化触媒へのＨＣ添加量を検出するＨＣ添加量検出手段と、前記ＨＣ添加量から前記酸化触媒における酸化燃焼熱量を算出する酸化燃焼熱量算出手段と、前記酸化触媒と該酸化触媒を流れる排気との間における熱交換量を算出する熱交換量算出手段と、前記検出された第１排気温度、前記酸化燃焼熱量及び熱交換量に基づいて、前記前記一方における第２排気温度を推定する排気温度推定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、ポスト噴射等によるＨＣ添加量から求められる酸化燃焼熱量や、酸化触媒と排気との間における熱交換量を算出することにより、酸化触媒における熱収支モデルを構築し、第１排気温度（酸化触媒の上流側、又は、酸化触媒及びＤＰＦ間のいずれか一方における排気温度の検出値）から第２排気温度（酸化触媒の上流側、又は、酸化触媒及びＤＰＦ間の他方における排気温度）を推定できる。このような排気温度の推定は、内燃機関の運転状態に関わらず広い条件下において実施可能であるため、酸化触媒の前後いずれか一方の排気温度検出手段を廃止して、コスト削減を図ることができる。
また、このような熱収支モデルは、従来技術のような１次遅れフィルタ等の伝達関数を用いた場合に比べて実体に近いため、良好な推定精度を得ることができる。
【００１１】
本発明の一態様では、外気温度を検出する外気温度検出手段と、前記外気と前記酸化触媒との温度差から、前記酸化触媒から外気への放熱量を算出する放熱量算出手段とを備え、前記熱交換量算出手段は、前記放熱量に基づいて前記熱交換量を算出する。
この態様によれば、熱収支モデルに酸化触媒から外気への放熱量を組み込むことによって、より高精度に排気温度を推定することができる。
【００１２】
また他の態様では、前記酸化燃焼熱量算出手段では、前記酸化触媒温度をパラメータとするアレニウス則を用いて前記酸化触媒で反応可能なＨＣ最大反応量を求め、前記ＨＣ添加量が前記ＨＣ最大反応量より大きい場合、前記ＨＣ最大反応量を前記ＨＣ添加量として酸化燃焼熱を算出する。
この態様によれば、ポスト噴射等によってＨＣが過剰に添加された場合に酸化触媒で反応することなく下流側へ流出する分を考慮し、ＨＣ最大反応量（酸化触媒で反応可能なＨＣ量の最大値）に基づいて酸化燃焼熱を算出することで、より高精度に排気温度を推定することができる。
【００１３】
また他の態様では、前記排気温度検出手段では、前記排気通路のうち前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間における排気温度を前記第１排気温度として検出する。
この態様によれば、酸化触媒及びＤＰＦ間の排気温度を検出することによって、酸化触媒の上流側における排気温度を推定できる。このように酸化触媒及びＤＰＦ間における排気温度を第１排気温度として検出することで、酸化触媒を通過後の排気温度を実測値として監視できるので、酸化触媒の上流側の排気温度を第１排気温度として検出する場合に比べて、酸化触媒の実状態を確実に把握することができる。
【００１４】
尚、前記排気温度検出手段で、前記排気通路のうち前記酸化触媒の上流側の排気温度を第１排気温度として検出した場合には、酸化触媒の上流側における排気温度を検出することで、酸化触媒及びＤＰＦ間の排気温度を推定できる。この場合、酸化触媒を通過する前の排気温度を検出することで、検出値にタイムラグが少なく、酸化触媒及びＤＰＦ間における排気温度を第１排気温度として検出する場合に比べて精度のよい排気温度推定ができる。
【００１５】
また他の態様では、前記排気温度検出手段は前記排気通路のうち前記酸化触媒及び前記ＤＰＦ間に設けられている。
この態様によれば、排気温度検出手段を酸化触媒及びＤＰＦ間に設けることによって、酸化触媒の上流側における排気温度を推定できる。このように酸化触媒及びＤＰＦ間における排気温度を第１排気温度として検出することで、酸化触媒を通過後の排気温度を実測値として監視できるので、酸化触媒の上流側の排気温度を第１排気温度として検出する場合に比べて、酸化触媒の実状態を確実に把握することができる。
【００１６】
尚、排気温度検出手段を酸化触媒の上流側に設けた場合には、酸化触媒及びＤＰＦ間の排気温度を推定できる。この場合、酸化触媒を通過する前の排気温度を検出することで、検出値にタイムラグが少なく、排気温度検出手段を酸化触媒及びＤＰＦ間に設けた場合に比べて精度のよい排気温度推定ができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ポスト噴射等によるＨＣ添加量から求められる酸化燃焼熱量や、酸化触媒と排気との間における熱交換量を算出することにより、酸化触媒における熱収支モデルを構築し、第１排気温度（酸化触媒の上流側、又は、酸化触媒及びＤＰＦ間のいずれか一方における排気温度の検出値）から第２排気温度（酸化触媒の上流側、又は、酸化触媒及びＤＰＦ間の他方における排気温度）を推定できる。このような排気温度の推定は、内燃機関の運転状態に関わらず広い条件下において実施可能であるため、酸化触媒の前後いずれか一方の排気温度検出手段を廃止して、コスト削減を図ることができる。
また、このような熱収支モデルは、従来技術のような１次遅れフィルタ等の伝達関数を用いた場合に比べて実体に近いため、良好な推定精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施例に係る排気温度推定装置を搭載した車両の内部構造を示す構成図である。
【図２】排気温度推定制御のフローチャートである。
【図３】排気温度推定制御の制御内容を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
（全体構成）
図１は本実施例に係る排気温度推定装置を搭載した車両の内部構造を示す構成図である。
符号１はコモンレール式の燃料噴霧装置を備えた内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、適宜「エンジン」と称する）であり、各気筒の燃焼室内には燃料噴射弁から燃料が直接噴射され、圧縮着火燃焼が行われる。燃料噴射弁の燃料噴射時期及び噴射量は電子制御ユニット（以下、適宜「ＥＣＵ」と称する）１０によって電気的に制御されている。
【００２１】
外部からエアクリーナ２を介して導入された吸気は吸気管３を介してエンジン１に取り込まれ、燃焼室にて圧縮着火燃焼によって発生した排気は排気管４に排出される。排気管４には上流側から順に酸化触媒（ＤＯＣ）５及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）６を備えている。
【００２２】
ＤＯＣ５では、排気中に含まれる酸素を利用して、排気中の炭化水素（ＨＣ）を主とした未燃焼物質を酸化して水（Ｈ２０）と二酸化炭素（ＣＯ２）に分解する。
ＤＰＦ６では、排気中の未燃焼微細物質（ＰＭ）を捕集することによって浄化を行う。ＤＰＦ６に捕集されたＰＭの蓄積量が増えると浄化能力が低下することから、所定のタイミングでＤＰＦ６の再生処理が実施される。再生処理時には、ＤＯＣ５の上流側に設けられたＨＣ添加装置７によって排気管４中に燃料（ＨＣ）を噴射し、ＤＯＣ５で当該排気中に含まれる燃料を酸化させて排気を昇温し、高温になった排気をＤＰＦ６に送り込むことによって、蓄積したＰＭを燃焼処理する。
【００２３】
このようにＤＯＣ５及びＤＰＦ６で浄化された排気は、更に下流側に配置された不図示のＮＯｘ選択還元型触媒において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を水（Ｈ２０）と窒素（Ｎ２）に分解浄化した後、外部に排出される。
【００２４】
吸気管３には吸気流量Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］を検出するための吸気流量センサ８が設けられている。ＤＯＣ５の上流側の排気管４にはＤＯＣ５の入口圧力Ｐｉｎを検出するための圧力センサ９が設けられている。排気管４のうちＤＯＣ５及びＤＰＦ６間にはＤＯＣ５の下流側温度Ｔｏｕｔ［Ｋ］を検出するための排気温度センサ１１が設けられている。また車両には外気温度Ｔａｍｂ［Ｋ］を検出するための外気温度センサ１２、及び、車速Ｖｖｅｈｉｃｌｅ［ｋｍ／ｈ］を検出するための車速センサ１３が設けられている。
吸気流量センサ８の検出値Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］、入口圧力センサ９の検出値Ｐｉｎ［Ｐａ］、排気温度センサ１１の検出値Ｔｏｕｔ［Ｋ］、外気温度センサ１２の検出値Ｔａｍｂ［Ｋ］、及び、車速センサ１３の検出値Ｖｖｅｈｉｃｌｅ［ｋｍ／ｈ］は、それぞれ演算装置であるＥＣＵ１０に送られ、後述の排気温度推定制御の演算に利用される。
【００２５】
ＥＣＵ１０はエンジン１をはじめとする車両全体の制御を統括するコントロールユニットであり、一般的なエンジン制御に加えて、本実施例ではＤＯＣ５の下流側に配置された排気温度センサ１１の検出値に基づいて、ＤＯＣ５の入口温度Ｔｉｎ［Ｋ］を推定する排気温度推定方法を実施する排気温度推定装置として機能する。尚、当該推定方法の実施に必要な制御ロジックはＥＣＵ１０が備えるメモリ等の記憶部に予めプログラムとして記憶されており、演算装置によって適宜読みだされることによって実施可能に構成されている。
図１では特に、ＥＣＵ１０の内部構成として、該ＥＣＵ１０で実施される後述の排気温度算出方法の各ステップに対応する機能ブロックを示しており、ＨＣ添加装置７によるＨＣ添加量を検出するＨＣ添加検出手段１５と、酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］を算出する酸化燃焼熱量算出手段１６と、放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］を算出する放熱量算出手段１７と、熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を算出する熱交換量算出手段１８と、排気温度の推定結果を求める排気温度推定手段１９とを含んで構成されている。
尚、本実施例では、ＨＣ添加装置７を用いてＨＣを添加する場合を示しているが、これに代えてエンジン燃焼室内に設けられた燃料インジェクタによるポスト噴射を用いてＨＣ添加を行ってもよい。
【００２６】
続いてＥＣＵ１０において実施される排気温度推定方法の具体的内容について説明する。この排気温度推定方法では、ＤＯＣ５における熱収支モデルを構築することによって、第１排気温度（ＤＯＣ５の上流側、又は、ＤＯＣ５及びＤＰＦ６間のいずれか一方における排気温度の検出値）から第２排気温度（ＤＯＣ５の上流側、又は、ＤＯＣ５及びＤＰＦ６間の他方における排気温度）を推定する。
本実施例では、第１排気温度としてＤＯＣ５及びＤＰＦ６間に配置された排気温度センサ１１によって検出される排気温度値を用い、ＤＯＣ５の上流側における排気温度Ｔｉｎ［Ｋ］を推定する場合について、以下詳述する。
尚、排気温度センサ１１をＤＯＣ５の上流側に配置することにより、ＤＯＣ５の上流側での排気温度検出値を第１排気温度として用いた場合も同様の技術的思想に基づいて、ＤＯＣ５及びＤＰＦ６間における排気温度を推定することができる。
【００２７】
図２はＥＣＵ１０において実施される排気温度推定方法が採用するＤＯＣ５の熱収支モデルを概念的に示す図である。ＤＯＣ５には上流側でＨＣ添加装置７によって添加された燃料が酸化することによって酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］が与えられる一方で、該ＤＯＣ５を流れる排気との間に生じる温度差に基づいた熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］が生じる。また酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］や熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］に比べて排気温度に与える影響は小さいものの、ＤＯＣ５と外気との間の温度差に基づいて放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］が生じる。本実施例における排気温度推定方法では、これら３つの熱量の移動を考慮することによって、ＤＯＣ５を熱収支モデル化して排気温度を推定することができる。
【００２８】
図３は本実施例に係る排気温度推定方法の実施プロセスを示すフローチャートである。
まずＥＣＵ１０は各センサ類の検出値（吸気流量Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］、入口圧力Ｐｉｎ［Ｐａ］、排気温度Ｔｏｕｔ［Ｋ］、外気温度Ｔａｍｂ［Ｋ］、車速Ｖｖｅｈｉｃｌｅ［ｋｍ／ｈ］）を取得する（ステップＳ１０１）。そして、取得した検出値を用いて、ＤＯＣ５の上流側に設けられたＨＣ添加装置７から添加された燃料が酸化されることによって与えられる酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］を算出し（ステップＳ１０２）、ＤＯＣ５から外気への放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］を算出し（ステップＳ１０３）、ＤＯＣ５及び排気間の熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を算出する（ステップＳ１０４）。そして、最後にステップＳ１０２〜S１０４の算出結果に基づいて、ＤＯＣ５の上流側における排気温度Ｔｉｎ［Ｋ］の推定が行われる（ステップＳ１０５）。
以下、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５における具体的な算出方法について詳しく説明する。尚、図３ではステップＳ１０２〜Ｓ１０４を順に実施するように示しているが、これらのステップは同時に実施してもよい。
【００２９】
（酸化燃焼熱量ＱＨＣの算出方法）
ＥＣＵ１０の酸化燃焼熱量算出手段１６において、酸化燃焼熱量はＨＣ添加装置７によって排気中に添加されたＨＣがＤＯＣ５で酸化反応した際に発生する熱量であり、大まかにはＨＣ添加量ｑＨＣ［ｋｇ／ｓ］と燃料の低位発熱量Ｈｕｆｕｅｌ［Ｊ／ｋｇ］とに基づいて次式
ＱＨＣ１＝（ｑＨＣ＋ｑＨＣ＿ｅｘｈ）・Ｈｕｆｕｅｌ      （１）
から求められる。ここでＨＣ添加量ｑＨＣ［ｋｇ／ｓ］はＥＣＵ１０のＨＣ添加装置７に対する指示値を用い（機能ブロック的に言えば、図１に示すようにＨＣ添加量検出手段１５によってＨＣ添加装置７の添加量を取得する）、燃料の低位発熱量Ｈｕｆｕｅｌ［Ｊ／ｋｇ］は予めメモリ等の記憶部に記憶された代表値を読み出すことによって取得したものを用いるとよい。またｑＨＣｅｘｈ［ｋｇ／ｓ］は、エンジンから排出された排気に含まれるＨＣ含有量であり、不図示のエンジン回転数センサの検出値であるエンジン回転数Ｎｅｎｇと、ＥＣＵ１０の指示値である燃料噴射量ｑｆｕｅｌ［ｋｇ／ｓ］をパラメータとする任意関数により算出される。
【００３０】
ところでＨＣ添加装置７から過剰に燃料が添加された場合には、その一部が未反応のままＤＯＣ５の下流側に流出する。このような未燃分を加味することによって、より精度よく酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］を求めることができる。ＤＯＣ５で反応可能な添加燃料の最大反応値は、アレニウス則を用いて次式
ＱＨＣ２＝Ａ・ＮＨＣ・ＮＯ２・ｅｘｐ（−Ｅ／（Ｒ・Ｔｓｕｂ（ｉ−１））      （２）
により得られる。ここでＡ及びＥは適合係数であり、Ｒは気体定数である。また、ＮＨＣ［ｍｏｌ／Ｌ］及びＮＯ２［ｍｏｌ／Ｌ］はそれぞれ排気中の燃料濃度及び酸素濃度であり、吸気流量センサ８の検出値Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］、ＥＣＵ１０のＨＣ添加装置７に対するＨＣ添加量指示値ｑＨＣ［ｋｇ／ｓ］、エンジンから排出された排気に含まれるＨＣ含有量ｑＨＣｅｘｈ［ｋｇ／ｓ］、ＥＣＵ１０の燃料噴射装置（図１において不図示）に対する燃料噴射量指示値ｑｆｕｅｌ［ｋｇ／ｓ］、当該排気温度推定方法の前回実施時に求められたＤＯＣ５の温度推定値（触媒温度の前回推定値）Ｔｓｕｂ（ｉ−１）に基づいて算出することができる。
【００３１】
ＥＣＵ１０は、ＨＣ添加量に基づいた算出値ＱＨＣ１［Ｗ］とＤＯＣ５で反応可能な添加燃料の最大反応値ＱＨＣ２［Ｗ］とを比較し、より大きい方を酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］として特定する。
ＱＨＣ＝ｍａｘ（ＱＨＣ１，ＱＨＣ２）      （３）
これにより、ＨＣ添加装置７から過剰に添加された場合にＤＯＣ５で反応せずに下流側へ流出する分を考慮し、精度よく酸化燃焼熱量を求めることができる。
【００３２】
ＤＯＣ５に与えられる酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］は、所定の割合ｄＨＣｓｕｂ（０≦ｄＨＣｓｕｂ≦１）でＤＯＣ５及び該ＤＯＣ５を流れる排気に分配される。ＤＯＣ５及び排気に分配される熱量をそれぞれＱＨＣｓｕｂ［Ｗ］及びＱＨＣｅｘｈ［Ｗ］とすると、
ＱＨＣｓｕｂ＝ｄＨＣｓｕｂ・ＱＨＣ      （４）
ＱＨＣｅｘｈ＝（１−ｄＨＣｓｕｂ）・ＱＨＣ      （５）
となる。
【００３３】
ここで分配係数ｄＨＣｓｕｂは排気流量Ｇｅｘｈ［ｋｇ／ｓ］をパラメータとする任意の関数として次式
ｄＨＣｓｕｂ＝ｆ（Ｇｅｘｈ）      （６）
により得られる。
尚、排気流量Ｇｅｘｈ［ｋｇ／ｓ］は、吸気流量センサ８の検出値Ｇａｉｒ［ｋｇ／ｓ］及びエンジン制御パラメータであるエンジン燃料噴射量ｑｆｕｅｌ［ｋｇ／ｓ］に基づいて次式
Ｇｅｘｈ＝Ｇａｉｒ＋ｑｆｕｅｌ      （７）
により得られる。
【００３４】
（放熱量Ｑｒａｄの算出方法）
ＥＣＵ１０の放熱量算出手段１７はＤＯＣ５と外気との温度差や、ＤＯＣ５の周りの外気の流れを考慮することにより、放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］を算出する。
まずＥＣＵ１０は、外気の特性を規定するパラメータである動粘度νａｉｒ［ｍ２／ｓ］、比熱Ｃａｉｒ［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、密度ρａｉｒ［ｋｇ／ｍ３］、熱伝導率λａｉｒ［Ｗ／ｍ・Ｋ］、体積膨張係数βａｉｒ［１／Ｋ］について、それぞれ外気温度センサ１２の検出値Ｔａｍｂ［Ｋ］をパラメータとする任意関数を用いて、次式
νａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （８）
Ｃａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （９）
ρａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （１０）
λａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （１１）
βａｉｒ＝ｆ（Ｔａｍｂ）      （１２）
により求める。
【００３５】
続いて、ＤＯＣ５の周りを流れる外気について、流体の熱伝達性を特徴付けるパラメータであるレイノルズ数Ｒｅａｍｂ、プラントル数Ｐｒａｍｂ、グラスホフ数Ｇｒａｍｂ、ヌッセルト数Ｎｕａｍｂを算出する。
Ｒｅａｍｂ＝ｖｖｅｈｉｃｌｅ・Ｌｓｕｂ／νａｉｒ      （１３）
Ｐｒａｍｂ＝Ｃａｉｒ・ρａｉｒ・νａｉｒ／λａｉｒ      （１４）
Ｇｒａｍｂ＝Ｌｓｕｂ３・ｇ・βａｉｒ・（Ｔｓｕｂ（ｉ−１）−Ｔａｍｂ）／νａｉｒ２      （１５）
Ｎｕａｍｂ＝ｃ０・（Ｇｒａｍｂ・Ｐｒａｍｂ）１／３      （ｖｖｅｈｉｃｌｅ＝０）      （１６−１）
Ｎｕａｍｂ＝ｃ１・Ｒｅａｍｂｍ１・Ｐｒａｍｂｎ１        （ｖｖｅｈｉｃｌｅ＞０）      （１６−２）
ここでｖｖｅｈｉｃｌｅは車速センサ１３の検出値［ｋｍ／ｈ］であり、Ｌｓｕｂは酸化触媒の長さ［ｍ］であり、ｇは重力加速度（≒９．８０）［ｍ／ｓ２］であり、Ｔｓｕｂ（ｉ−１）は当該排気温度推定方法で求めたＤＯＣ５の触媒温度Ｔｓｕｂの前回推定値［Ｋ］である。ｃ０は任意の適合定数である。またｃ１、ｍ１、ｎ１はヌッセルト数Ｎｕａｍｂの補関数であり任意関数ｆを用いて
ｃ１＝ｆ（Ｒｅａｍｂ）      （１７）
ｍ１＝ｆ（Ｒｅａｍｂ）      （１８）
ｎ１＝ｆ（Ｒｅａｍｂ）      （１９）
により表わされる。
【００３６】
上記計算結果を用いて、外気の熱伝達係数ｈａｍｂ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］は次式
ｈａｍｂ＝Ｎｕａｍｂ・λａｉｒ／Ｌｓｕｂ        （２０）
で表わされ、ＤＯＣ５及び外気間の熱伝達係数ｋは、ＤＯＣ５のカバー外径ｄｃｏｖ［ｍ］、ＤＯＣ５の外径ｄｓｕｂ［ｍ］を用いて次式
ｋ＝１／（ｌｎ（ｄｃｏｖ／ｄｓｕｂ）／（２・λｃｏｖ）＋１／（ｈａｍｂ・ｄｃｏｖ））      （２１）
により表わされる。従って、ＤＯＣ５から外気への放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］は
Ｑｒａｄ＝ｋ・π・Ｌｓｕｂ・（Ｔｓｕｂ（ｉ−１）−Ｔａｍｂ）      （２２）
となる。
【００３７】
（熱交換量Ｑｅｘｈの算出方法）
ＥＣＵ１０の熱交換量算出手段１８は、ＤＯＣ５と該ＤＯＣ５を流れる排気との温度差を考慮することにより、熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を算出する。
まずＥＣＵ１０は、排気の特性を規定するパラメータである動粘度νｅｘｈ［ｍ２／ｓ］、比熱Ｃｅｘｈ［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］、密度ρｅｘｈ［ｋｇ／ｍ３］、熱伝導率λｅｘｈ［Ｗ／ｍ・Ｋ］について、それぞれＤＯＣ５の入口温度の前回推定値Ｔｉｎ（ｉ−１）をパラメータとする任意関数を用いて、次式
νｅｘｈ＝ｆ（Ｔｉｎ（ｉ−１））      （２３）
Ｃｅｘｈ＝ｆ（Ｔｉｎ（ｉ−１））      （２４）
ρｅｘｈ＝ｆ（Ｔｉｎ（ｉ−１））      （２５）
λｅｘｈ＝ｆ（Ｔｉｎ（ｉ−１））      （２６）
により求める。
【００３８】
続いて、ＤＯＣ５を流れる排気について、流体の熱伝達性を特徴付けるパラメータであるレイノルズ数Ｒｅｅｘｈ、プラントル数Ｐｒｅｘｈ、ヌッセルト数Ｎｕｅｘｈを算出する。
Ｒｅｅｘｈ＝ｕｅｘｈ・Ｌｓｕｂ／νｅｘｈ      （２７）
ｖｅｘｈ＝Ｇｅｘｈ・（Ｒ／Ｍｅｘｈ）・Ｔｉｎ（ｉ−１）／Ｐｉｎ      （２８）
ｕｅｘｈ＝ｖｅｘｈ／（ｎｓｕｂ・ｐｓｕｂ２）        （２９）
Ｐｒｅｘｈ＝Ｃｅｘｈ・ρｅｘｈ・νｅｘｈ／λｅｘｈ      （３０）
Ｎｕｅｘｈ＝ｃ２・Ｒｅｅｘｈｍ２・Ｐｒｅｘｈｎ２      （３１）
ここでｃ２、ｍ２、ｎ２はヌッセルト数Ｎｕｅｘｈの補関数であり任意関数ｆを用いて
ｃ２＝ｆ（Ｒｅｅｘｈ）      （３２）
ｍ２＝ｆ（Ｒｅｅｘｈ）      （３３）
ｎ２＝ｆ（Ｒｅｅｘｈ）      （３４）
により表わされる。
【００３９】
上記計算結果を用いて、排気の熱伝達係数ｈａｍｂ［Ｗ／ｍ２・Ｋ］は次式
ｈｅｘｈ＝Ｎｕｅｘｈ・λｅｘｈ／Ｌｓｕｂ      （３５）
で表わされ、ＤＯＣ５から排気への熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］は
Ｑｅｘｈ＝ｈｅｘｈ・ｎｓｕｂ・４・ｐｓｕｂ・Ｌｓｕｂ・（Ｔｓｕｂ（ｉ−１）−Ｔｉｎ）      （３６）
となる。
尚、ｎｓｕｂはＤＯＣ５のセル数、ｐｓｕｂはＤＯＣ５のセルピッチ［ｍ］であり、予めメモリ等の記憶部に記憶された設計値を読み出すことによって取得するとよい。
【００４０】
（排気温度Ｔｉｎの推定方法）
ＥＣＵ１０の排気温度推定手段１９では、上述の演算により得られた酸化燃焼熱量ＱＨＣ［Ｗ］、放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］及び熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を、図２に示す熱収支モデルに適用することにより、ＤＯＣ５の上流側の排気温度Ｔｉｎ［Ｋ］は次式
Ｔｉｎ＝Ｔｏｕｔ−（ＱＨＣｅｘｈ＋Ｑｅｘｈ）／（Ｇｅｘｈ・Ｃｅｘｈ）      （３７）
により推定される。
またＤＯＣ５の触媒温度Ｔｓｕｂ［Ｋ］もまた次式
Ｔｓｕｂ＝Ｔｓｕｂ（ｉ−１）＋（ＱＨＣｓｕｂ−Ｑｒａｄ−Ｑｅｘｈ）／（ｍｓｕｂ・Ｃｓｕｂ）      （３８）
により推定される。尚、ｍｓｕｂはＤＯＣ５の質量［ｋｇ］であり、ＣｓｕｂはＤＯＣ５の特性温度［Ｊ／ｋｇ・Ｋ］であり、予めメモリ等の記憶部に記憶された設計値を読み出すことによって取得するとよい。
【００４１】
以上説明したように、本実施例によれば、排気温度推定装置として機能するＥＣＵ１０において排気温度推定方法を実施することで、ＨＣ添加装置７からのＨＣ添加量に基づいて求められる酸化燃焼熱量ＱＨＣや、ＤＯＣ５と排気との間における熱交換量Ｑｅｘｈ［Ｗ］を算出することにより、ＤＯＣ５における熱収支モデルを構築し、第１排気温度（ＤＯＣ５の上流側、又は、ＤＯＣ５及びＤＰＦ６間のいずれか一方における排気温度の検出値）から第２排気温度（ＤＯＣ５の上流側、又は、ＤＯＣ５及びＤＰＦ６間の他方における排気温度）を推定できる。このような排気温度の推定は、エンジン１の運転状態に関わらず広い条件下において実施可能である。
特に、熱収支モデルにＤＯＣ５から外気への放熱量Ｑｒａｄ［Ｗ］を組み込むことによって、より高精度に排気温度を推定することができる。
また、このような熱収支モデルは、従来技術のような１次遅れフィルタ等の伝達関数を用いた場合に比べて実体に近いため、良好な推定精度を得ることができる。
【００４２】
このように排気通路４においてＤＯＣ５の前後いずれか一方に配置した排気温度センサ１１によって他方側の排気温度を推定できるので、該他方側に排気温度センサを設ける必要がなくなり、センサ類の削減に貢献することで、コスト削減を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、内燃機関の排気通路に酸化触媒及びＤＰＦが設けられ、該排気通路における排気温度を推定可能な排気温度推定装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１  エンジン
２  エアクリーナ
３  吸気管
４  排気管
５  酸化触媒（ＤＯＣ）
６  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
７  ＨＣ添加装置
８  吸気流量センサ
９  入口圧力センサ
１０  ＥＣＵ
１１  排気温度センサ
１２  外気温度センサ
１３  車速センサ
１５  ＨＣ添加量検出手段
１６  酸化燃焼熱量算出手段
１７  放熱量算出手段
１８  熱交換量算出手段
１９  排気温度推定手段
【図１】
2014177875.tif 000003
【図２】
2014177875.tif 000004
【図３】
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