(57)【要約】【課題】  排気浄化触媒やフィルタの温度を正確に推定する。【解決手段】  フィルタ１７または排気浄化触媒から流出する或いは該フィルタまたは排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度に対応した出力値を出力する温度センサ１８を用いて、フィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定する方法において、排気ガスとフィルタまたは排気浄化触媒との間で成立するエネルギ方程式（式２）とフィルタまたは排気浄化触媒の端面の温度とを用いて、所定時刻よりも所定時間Δｔだけ前（または後）の時刻におけるフィルタまたは排気浄化触媒の端面から所定距離Δｘだけ離れた箇所のフィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に配置されたフィルタまたは排気浄化触媒から流出する或いは該フィルタまたは排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度に対応した出力値を出力する温度センサを用いて、上記フィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定する方法において、上記温度センサが上記フィルタまたは排気浄化触媒から流出する排気ガスの温度に対応した出力値を出力する場合には該温度センサの現時刻における出力値から推定される排気ガスの温度を用いて、予め定められた時刻における上記フィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流出する側の端面の温度を推定し、排気ガスと上記フィルタまたは排気浄化触媒との間で成立するエネルギ方程式と上記推定されたフィルタまたは排気浄化触媒の端面の温度とを用いて、上記予め定められた時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻における上記フィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流出する側の端面から排気ガスの流れの方向に沿って上流側へ予め定められた距離だけ離れた箇所における上記フィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定し、一方、上記温度センサが上記フィルタまたは排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度に対応した出力値を出力する場合には該温度センサの現時刻における出力値から推定される排気ガスの温度を用いて、予め定められた時刻における上記フィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流入する側の端面の温度を推定し、排気ガスと上記フィルタまたは排気浄化触媒との間で成立するエネルギ方程式と上記推定されたフィルタまたは排気浄化触媒の端面の温度とを用いて、上記予め定められた時刻よりも予め定められた時間だけ後の時刻における上記フィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流入する側の端面から排気ガスの流れの方向に沿って下流側へ予め定められた距離だけ離れた箇所における上記フィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定することを特徴とする方法。
【請求項２】
温度センサの現時刻における出力値を用いるのに加えて排気ガスと温度センサとの間で成立するエネルギ方程式を用いて排気ガスの温度が推定され、該推定された排気ガスの温度が現時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻における排気ガスの温度であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のフィルタまたは排気浄化触媒の温度推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気ガス中の成分を浄化するための触媒を排気通路内に備えた内燃機関が開示されている。こうした触媒は、その温度がいわゆる活性温度よりも高くなっているときにその浄化能力を発揮することから、触媒の温度が活性温度よりも高くなっているか否かを確認するためにも、触媒の温度を知ることは重要である。特許文献１に記載の内燃機関では、基本的には、触媒上流に設けた温度センサによって排気ガスの温度を検出し、この排気ガスの温度から触媒の温度を推定するようにしている。
【０００３】
ところで、特許文献１に記載の内燃機関では、温度センサは排気管に取り付けられているため、温度センサから排気管を介して外気へと熱が放出される。このため、温度センサによって検出される排気ガスの温度は真の温度を示していないことになることから、温度センサによって検出された排気ガスの温度をそのまま利用して、触媒の温度を推定している場合、推定された触媒温度は、真の触媒温度を示していないことになる。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載の内燃機関では、排気管を介して外気に放出される熱量が、排気管周りの外気温度が低いほど多く、また、排気管周りの外気の流速が速いほど多いことを考慮し、温度センサによって検出された排気ガスの温度を、これら排気管周りの外気温度と排気管周りの外気の流速とに基づいて補正し、この補正後の排気ガスの温度から触媒の温度を推定するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１６１７９３号公報
【特許文献２】特開２００１−２０７９９号公報
【特許文献３】特開平８−２８４６５０号公報
【特許文献４】特開２００２−１２２０１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来から、排気ガス中の成分を浄化する排気浄化触媒やフィルタを備えた内燃機関の分野には、これら排気浄化触媒やフィルタの温度をできるだけ正確に知ることに対する要請がある。そこで、本発明の目的は、内燃機関の排気通路内に配置された排気浄化触媒やフィルタの温度を正確に推定することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、内燃機関の排気通路内に配置されたフィルタまたは排気浄化触媒から流出する或いは該フィルタまたは排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度に対応した出力値を出力する温度センサを用いて、上記フィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定する方法において、上記温度センサが上記フィルタまたは排気浄化触媒から流出する排気ガスの温度に対応した出力値を出力する場合には該温度センサの現時刻における出力値から推定される排気ガスの温度を用いて、予め定められた時刻における上記フィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流出する側の端面の温度を推定し、排気ガスと上記フィルタまたは排気浄化触媒との間で成立するエネルギ方程式と上記推定されたフィルタまたは排気浄化触媒の端面の温度とを用いて、上記予め定められた時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻における上記フィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流出する側の端面から排気ガスの流れの方向に沿って上流側へ予め定められた距離だけ離れた箇所における上記フィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定し、一方、上記温度センサが上記フィルタまたは排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度に対応した出力値を出力する場合には該温度センサの現時刻における出力値から推定される排気ガスの温度を用いて、予め定められた時刻における上記フィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流入する側の端面の温度を推定し、排気ガスと上記フィルタまたは排気浄化触媒との間で成立するエネルギ方程式と上記推定されたフィルタまたは排気浄化触媒の端面の温度とを用いて、上記予め定められた時刻よりも予め定められた時間だけ後の時刻における上記フィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流入する側の端面から排気ガスの流れの方向に沿って下流側へ予め定められた距離だけ離れた箇所における上記フィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定する。
【０００８】
２番目の発明では、１番目の発明において、温度センサの現時刻における出力値を用いるのに加えて排気ガスと温度センサとの間で成立するエネルギ方程式を用いて排気ガスの温度が推定され、該推定された排気ガスの温度が現時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻における排気ガスの温度である。
【発明の効果】
【０００９】
１番目の発明によれば、予め定められた時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻におけるフィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流出する側の端面から排気ガスの流れの方向に沿って上流側へ予め定められた距離だけ離れた箇所におけるフィルタまたは排気浄化触媒の温度、または、予め定められた時刻よりも予め定められた時間だけ後の時刻におけるフィルタまたは排気浄化触媒の排気ガスが流入する側の端面から排気ガスの流れの方向に沿って下流側へ予め定められた距離だけ離れた箇所におけるフィルタまたは排気浄化触媒の温度が正確に推定される。
【００１０】
２番目の発明によれば、予め定められた時刻よりも予め定められた時間だけ前または後の時刻におけるフィルタまたは排気浄化触媒の端面から予め定められた距離だけ離れた箇所におけるフィルタまたは排気浄化触媒の温度を推定するときに、現時刻よりも予め定められた時間だけ前の時刻における排気ガスのより正確な温度が用いられるので、上記フィルタまたは排気浄化触媒の温度がより正確に推定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明が適用される圧縮着火式の内燃機関を示している。図１において、１はシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３はピストン、４は燃焼室、５は吸気弁、６は吸気ポート、７は排気弁、８は排気ポート、９は燃料噴射弁をそれぞれ示している。吸気ポート６には、吸気管１０を介してサージタンク１１が接続されている。また、サージタンク１１には、吸気管１２を介してエアクリーナ１３が接続されている。また、サージタンク１１上流の吸気管１２内には、燃焼室４に吸入される空気の量（以下「吸気量」という）を制御するためのスロットル弁１４が配置されている。また、スロットル弁１４上流の吸気管１２には、吸気量を検出する質量流量計１５が取り付けられている。
【００１２】
一方、排気ポート８には、排気管１６が接続されており、排気管１６内にはパティキュレートフィルタ（以下「フィルタ」という）１７が配置されている。フィルタ１７は、主に、燃焼室４から排出されるパティキュレート（微粒子）を捕集するものであるが、その壁面に、ＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するＮＯｘ触媒を備えるものである。ＮＯｘ触媒は、その周りの排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときに排気ガス中のＮＯｘを吸収することによって保持し、その周りの排気ガスの空燃比が理論空燃比となり或いは理論空燃比よりもリッチとなると保持しているＮＯｘを還元浄化するものである。また、ＮＯｘ触媒は、白金を具備しているので、酸化作用も奏するものである。
【００１３】
また、フィルタ１７下流の排気管１６には、排気ガスの温度（以下「排気温度」ともいう）を検出する温度センサ１８が取り付けられている。
【００１４】
ところで、排気ガスとフィルタ１７との間の熱交換が良好であると仮定すれば、フィルタ１７の温度（以下「フィルタ温度」ともいう）は排気温度に等しくなる。こうしたことを考慮し、排気ガスとフィルタ１７との間で成立するエネルギ方程式を立てると、次式（１）のようになる。
∂Θ／∂ｔ＝−（ρ×Ｃｐ×ｕ×Ａ）／Ｃｍ×（∂Θ／∂ｘ）    …（１）
【００１５】
ここで、Θは排気温度（すなわち、フィルタ温度）、ｔは時間、ρは排気ガスの密度、Ｃｐは排気ガスの比熱、ｕは排気ガスの流速、Ａは、フィルタの縦断面積（フィルタの中心軸線（本質的には、フィルタ内を流れる排気ガスの流れの方向）に対して垂直な断面の面積）、Ｃｍはフィルタの中心軸線方向（これも、本質的には、フィルタ内を流れる排気ガスの流れの方向）の単位長さ当たりの熱容量、ｘはフィルタ上流端面（排気ガスが流入する側のフィルタ端面）からフィルタ中心軸線方向（これも、本質的には、フィルタ内を流れる排気ガスの流れの方向）への距離である。上式（１）の説明に関し、図２（Ａ）も参照されたい。なお、図２（Ａ）において、Ａｘがフィルタの中心軸線である。
【００１６】
また、上式（１）において、ρ×ｕ×Ａは、排気ガスの流量に相当し、排気ガスの流量は、吸気量にほぼ等しいことから、吸気量をＧａとし、Ｃｐ／Ｃｍを係数ｋで置き換えると、上式（１）は、次式（２）のようになる。
∂Θ／∂ｔ＝−ｋ×Ｇａ×（∂Θ／∂ｘ）    …（２）
【００１７】
なお、係数ｋは、一定値でもよいが、より正確には、機関回転数と機関トルク（内燃機関に要求されるトルク、または、内燃機関が出力するトルク）とに応じて、あるいは、吸気量と排気温度（すなわち、フィルタ温度）とに応じて変化する値であることから、係数ｋを、図３（Ａ）に示されているように、機関回転数Ｎと機関トルクＴとの関数のマップの形で、あるいは、図３（Ｂ）に示されているように、吸気量Ｇａと排気温度（または、フィルタ温度）Ｔｅとの関数のマップの形で予め求めておき、このマップから求められる係数ｋを用いるようにしてもよい。
【００１８】
ところで、温度センサ１８は排気ガスから熱を受け、この熱に応じた出力値を出力するものであり、一般的には、この温度センサ１８の出力値が排気温度を示すものとして扱われ、この温度センサ１８の出力値から排気温度が算出（推定）される。しかしながら、本発明の実施の形態では、温度センサ１８の出力値は、温度センサ１８自体の温度を示すものとして扱う。
【００１９】
ところで、温度センサ１８には熱容量があり、このことから、温度センサ１８には、排気温度の変化に対する一定の応答遅れがある。こうした温度センサ１８の応答遅れを考慮し、温度センサ１８と排気ガスとの間で成立するエネルギ方程式を立てると、次式（３）のようになる。
ｄΘｓ／ｄｔ＝（ｈ×Ａｓ）／Ｃｓ×（Θｇ−Θｓ）    …（３）
【００２０】
ここで、Θｓは温度センサ自体の温度、ｔは時間、ｈは熱伝達率、Ａｓは温度センサの温度検出部分の表面積（温度センサにおいて排気ガスの温度を検出するために排気ガスから熱を受ける部分の表面積）、Ｃｓは温度センサの熱容量、Θｇは排気温度（すなわち、フィルタ温度）である。上式（３）の説明に関し、図２（Ｂ）も参照されたい。
【００２１】
ここで、上式（３）において、（ｈ×Ａｓ）／Ｃｓを係数Ｃで置き換えると、上式（３）は、次式（４）のようになる。
ｄΘｓ／ｄｔ＝Ｃ×（Θｇ−Θｓ）    …（４）
【００２２】
なお、係数Ｃは、一定値でもよいが、より正確には、機関回転数と機関トルクとに応じて、あるいは、吸気量と排気温度（すなわち、フィルタ温度）とに応じて変化する値であることから、係数ｋに関する図３（Ａ）や図３（Ｂ）に示されているマップと同様に、係数Ｃを、機関回転数と機関トルクとの関数のマップの形で、あるいは、吸気量と排気温度（または、フィルタ温度）との関係のマップの形で予め求めておき、このマップから求められる係数Ｃを用いるようにしてもよい。
【００２３】
次に、本発明に従ってフィルタ温度を推定する方法の１つの実施の形態について説明する。本実施形態では、上式（２）および（４）を利用して、或る特定の時刻における或る特定の位置のフィルタ温度を推定する。
【００２４】
以下の説明では、「ｊ＋４」は現在の時刻を意味し、「ｊ＋３」は現時刻ｊ＋４よりも予め定められた時間間隔Δｔだけ前の時刻を意味し、「ｊ＋２」は時刻ｊ＋３よりも同じ予め定められた時間間隔Δｔだけ前の時刻を意味し、「ｊ＋１」は時刻ｊ＋２よりも同じ予め定められた時間間隔Δｔだけ前の時刻を意味し、「ｊ」は時刻ｊ＋１よりも同じ予め定められた時間間隔Δｔだけ前の時刻を意味する。
【００２５】
また、「Θs」は温度センサ１８自体の温度（これは、温度センサ１８が検出する温度に相当し、以下「センサ温度」という）を意味し、「Θ3」はフィルタ下端面（排気ガスが流出する側のフィルタ端面）におけるフィルタ温度を意味し、「Θ2」はフィルタ下端面から中心軸線方向に予め定められた距離Δｘだけ離れたところのフィルタ温度を意味し、「Θ1」はフィルタ下端面から中心軸線方向に距離Δｘ×２だけ離れたところのフィルタ温度を意味し、「Θ0」はフィルタ下端面から中心軸線方向に距離Δｘ×３だけ離れたところのフィルタ温度を意味する。また、「Ｇａ」は吸気量を意味し、「ｋ」は上記係数ｋを意味し、「Ｃ」は上記係数Ｃを意味する。
【００２６】
したがって、例えば、「Θsj」は時刻ｊにおける温度センサの温度を意味し、「Ｇａj」は時刻ｊにおける吸気量を意味し、「ｋj」は時刻ｊにおける係数ｋを意味し、「Ｃj」は時刻ｊにおける係数Ｃを意味する。また、以下で説明する例は、フィルタ温度Θ0jを求めるものである。また、以下の説明に関し、図４も参照されたい。
【００２７】
まず、本実施形態では、現時刻ｊ＋４でのセンサ温度Θsj+4と同時刻ｊ＋４での吸気量Ｇａj+4とを検出すると共に、同時刻ｊ＋４での係数ｋj+4と同時刻ｊ＋４での係数Ｃj+4とをマップから求め記憶する。そして、現時刻ｊ＋４でのセンサ温度Θsj+4と時刻ｊ＋３でのパラメータＣj+3とセンサ温度Θsj+3（これらは、以前検出されたときに記憶しておいたものである）とを上式（４）に当てはめる。これにより、次式（５）が得られる。
（Θsj+4−Θsj+3）／Δｔ＝Ｃj+3×（Θ3j+3−Θsj+3）    …（５）
この式（５）からフィルタ温度Θ3j+3を算出し記憶する。
【００２８】
次いで、ここで求められたフィルタ温度Θ3j+3と、時刻ｊ＋２でのフィルタ温度Θ3j+2（これは、以前算出したときに記憶しておいたものである）と、時刻ｊ＋２での係数ｋj+2（これも、以前算出したときに記憶しておいたものである）と、時刻ｊ＋２での吸気量Ｇａj+2（これも、以前算出したときに記憶しておいたものである）とを、上式（２）に当てはめる。これにより、次式（６）が得られる。
（Θ3j+3−Θ3j+2）／Δｔ＝−ｋj+2×Ｇａj+2×（Θ3j+2−Θ2j+2）／Δｘ  …（６）
この式（６）から、フィルタ温度Θ2j+2を算出し記憶する。
【００２９】
同様に、ここで求められたフィルタ温度Θ2j+2と、時刻ｊ＋１でのフィルタ温度Θ2j+1（これは、以前算出したときに記憶しておいたものである）と、時刻ｊ＋１での係数ｋj+1（これも、以前算出したときに記憶しておいたものである）と、時刻ｊ＋１での吸気量Ｇａj+1（これも、以前算出したときに記憶しておいたものである）とを、上式（２）に当てはめる。これにより、次式（７）が得られる。
（Θ2j+2−Θ2j+1）／Δｔ＝−ｋj+1×Ｇａj+1×（Θ2j+1−Θ1j+1）／Δｘ  …（７）
この式（７）から、フィルタ温度Θ1j+1を算出し記憶する。
【００３０】
そして、最後に、ここで求められたフィルタ温度Θ2j+1と、時刻ｊでのフィルタ温度Θ1j（これは、以前算出したときに記憶しておいたものである）と、時刻ｊでの係数ｋj（これも、以前算出したときに記憶しておいたものである）と、時刻ｊでの吸気量Ｇａj（これも、以前算出したときに記憶しておいたものである）とを、上式（２）に当てはめる。これにより、次式（８）が得られる。
（Θ1j+1−Θ1j）／Δｔ＝−ｋj×Ｇａj×（Θ1j−Θ0j）／Δｘ  …（８）
この式（７）から、フィルタ温度Θ0jを算出し記憶する。
斯くして、時刻ｊにおけるフィルタ下端面から中心軸線方向に距離Δｘ×３だけ離れたところのフィルタの温度Θ0jを算出することができる。
【００３１】
なお、上述では、フィルタの或る特定の時刻の或る特定の部分の温度を推定する例に基づいて本発明を説明しているが、例えば、排気ガス中の成分を浄化するための触媒の或る特定の時刻の或る特定の部分の温度を推定するためにも本発明を利用可能である。
【００３２】
また、上述では、フィルタの下流側に温度センサが配置され、温度センサがフィルタから流出する排気ガスから熱を受けて該熱に応じた出力値を出力する場合に本発明を適用した例について説明しているが、フィルタの上流側に温度センサが配置され、温度センサがフィルタに流入する排気ガスから熱を受けて該熱に応じた出力値を出力する場合にも本発明を同様に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明が適用される圧縮点火式内燃機関を示した図である。
【図２】本発明にて用いられるエネルギ方程式を説明するための図であり、（Ａ）はフィルタに関連するエネルギ方程式を説明するものであり、（Ｂ）は温度センサに関連するエネルギ方程式を説明するものである。
【図３】係数ｋを求めるために用いられるマップを示した図である。
【図４】本発明のフィルタ温度推定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１５    質量流量計
１６    排気管
１７    パティキュレートフィルタ
１８    温度センサ
Ａｘ    パティキュレートフィルタの中心軸線
Θｓ    温度センサの温度
Θ０〜Θ３    パティキュレートフィルタの温度（排気ガスの温度）
Δｘ    予め定められた距離
【図１】
2006118418.tif 000003
【図２】
2006118418.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006118418.tif 000006