(57)【要約】【課題】  触媒の温度を精度よく推定することができる内燃機関の触媒温度推定装置を提供すること。【解決手段】  内燃機関の触媒温度推定装置は、エンジン１に供給される空気量を検出するための吸気圧センサ２２および回転速度センサ２５と、ＥＣＵ３０とを備える。ＥＣＵ３０は、吸気圧センサ２２により検出される吸気圧ＰＭの値と、回転速度センサ２５により検出されるエンジン回転速度ＮＥの値とに基づき吸気量ＧＡを算出する。また、ＥＣＵ３０は、現在、何速の変速ギアが使用されているかを、変速ギアセンサ１８からの信号に基づき検出する。そして、ＥＣＵ３０は、吸気量ＧＡと変速ギア（変速比）とに基づき、ＲＯＭに記憶された触媒温度推定マップを参照して触媒１７の温度を推定する。【選択図】            図２
2006112286.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に配置され、排気中の有害成分を浄化する触媒の温度を推定する内燃機関の触媒温度推定装置において、
内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
内燃機関に接続された変速機の現在の変速比を検出する変速比検出手段と、
前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量と、前記変速比検出手段によって検出された変速比とに基づいて、前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の触媒温度推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載する内燃機関の触媒温度推定装置において、
前記触媒温度推定手段は、車速と外気温度とにより決定される温度変化量にて触媒温度を補正することを特徴とする内燃機関の触媒温度推定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する内燃機関の触媒温度推定装置において、
前記触媒温度推定手段は、触媒の反応熱により決定される温度変化量にて触媒温度を補正することを特徴とする内燃機関の触媒温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の触媒温度推定装置に関する。さらに詳細には、内燃機関の排気系に備わる触媒の温度を精度よく推定することができる触媒温度推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気中の有害ガスを浄化するために、内燃機関の排気系には触媒が備わっている。この触媒は、所定の温度範囲（触媒活性温度）内でのみ、有害ガスを効率的に浄化することができる。したがって、触媒の性能を発揮させるためには、触媒の温度が触媒活性温度に達していることが必要である。このため、従来から触媒温度の推定が行われている。
【０００３】
このような触媒温度の推定を行う技術の１つとしては、例えば、特開平１０−３１１２１３号公報に記載されているように、吸入空気量に基づいて触媒温度を推定するものがある。つまり、あらかじめ所定の吸入空気量における触媒温度を計測しておき、図４に示すように、それらのデータをマップ化し、そのマップデータを利用して触媒温度を推定するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３１１２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した従来技術では、触媒温度を精度よく推定することができないという問題があった。なぜなら、同じ吸入空気量であっても変速比によって触媒の実温度が異なるからである。具体的には、変速比が低いほど触媒の実温度が高くなる傾向がある。これは、変速比が低いと車速が低く触媒に風が当たらないため、および変速比が低いと機関回転数が高くなり点火回数が多くなるので高温の排気ガスが次々に触媒へと導入されるためである。
【０００６】
そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、触媒の温度を精度よく推定することができる内燃機関の触媒温度推定装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するためになされた本発明に係る内燃機関の触媒温度推定装置は、内燃機関の排気系に配置され、排気中の有害成分を浄化する触媒の温度を推定する内燃機関の触媒温度推定装置において、内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、内燃機関に接続された変速機の現在の変速比を検出する変速比検出手段と、前記吸入空気量検出手段によって検出された吸入空気量と、前記変速比検出手段によって検出された変速比とに基づいて、前記触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この触媒温度推定装置では、吸入空気量検出手段により内燃機関の吸入空気量が検出される。また、変速比検出手段により内燃機関に接続された変速機における現在の変速比が検出される。そして、触媒温度推定手段により、空気量検出手段で検出された吸入空気量と、変速比検出手段で検出された変速比とに基づいて触媒の温度が推定される。具体的には、吸入空気量と変速比とをパラメータとした触媒推定温度マップを予め作成しておき、そのマップに基づいて触媒の温度を推定するようにすればよい。これにより、触媒の温度推定の際に、吸入空気量だけでなく変速比も考慮されるので、触媒の温度を精度よく推定することができる。
【０００９】
本発明に係る触媒温度推定装置においては、前記触媒温度推定手段は、車速と外気温度とにより決定される温度変化量にて触媒温度を補正することが望ましい。
【００１０】
触媒は車両外部に取り付けられているので、触媒温度は外気温度および走行風の影響を受ける。つまり、外気温度が高ければ触媒温度がその分上がる一方、車速が高くなって走行風が強くなればその分触媒温度が下がる。
【００１１】
したがって、車速と外気温度とにより決定される温度変化量にて触媒温度を補正することにより、触媒温度をより精度よく推定することができる。なお、車速と外気温度とにより決定される温度変化量は、触媒の形状や材質によって異なるため、触媒ごとに最適値（最適マップ）を実験等により予め求めておけばよい。
【００１２】
また、本発明に係る触媒温度推定装置においては、前記触媒温度推定手段は、触媒の反応熱により決定される温度変化量にて触媒温度を補正することが望ましい。
【００１３】
過渡時における触媒温度の変化は、触媒の反応熱の影響を受ける。具体的には、触媒の反応熱の影響が高い触媒ほど、触媒温度の上昇率あるいは下降率が大きい。なお、ここでいう「触媒の反応熱」とは、過渡状態における触媒温度の変化率（時定数）を意味する。
【００１４】
したがって、触媒の反応熱により決定される温度変化量にて触媒温度を補正することにより、内燃機関の運転条件が変化した場合に、過渡時における触媒の温度を精度よく推定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る内燃機関の触媒温度推定装置によれば、 吸入空気量と変速比とに基づいて触媒の温度を推定するので、触媒温度を精度よく推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の内燃機関の触媒温度推定装置を具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態は、本発明の触媒温度推定装置を自動車のエンジンシステムに適用したものである。
【００１７】
そこで、本実施の形態に係るエンジンシステムの構成を図１に示す。図１は、自動車に搭載されたエンジンシステムの概略構成を示す図である。図１のエンジンシステムにおいて、多気筒のエンジン１は、周知の構造を有するレシプロタイプのものであり、この実施の形態では、１番気筒＃１〜６番気筒＃６の６気筒を有する。エンジン１は、吸気通路２を通じて吸入される燃料と空気との可燃混合気を、各気筒＃１〜＃６の燃焼室で爆発・燃焼させ、その燃焼後の排気を排気通路３を通じて排出させることにより、ピストン（図示しない）を動作させてクランクシャフト４を回転させ、動力を得るようになっている。
【００１８】
吸気通路２に設けられたスロットルバルブ５は、同通路２を通じて各気筒＃１〜＃６に吸入される空気量（吸気量）ＧＡを調節するために開閉される。このバルブ５は、運転席に設けられたアクセルペダル６の操作に連動して作動する。スロットルバルブ５に対して設けられたスロットルセンサ２１は、このバルブ５の開度（スロットル開度）ＴＡを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。吸気通路２に設けられた吸気圧センサ２２は、スロットルバルブ５より下流の吸気通路２における吸気圧ＰＭを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。
【００１９】
各気筒＃１〜＃６に対応して設けられた複数の燃料噴射弁（インジェクタ）７は、各気筒＃１〜＃６の吸気ポートに対して燃料を噴射する。これらインジェクタ７は、一つのデリバリパイプ８に接続される。デリバリパイプ８には、燃料タンク９に内蔵された燃料ポンプ１３が燃料パイプ１４を介して接続される。燃料パイプ１４の途中には、燃料フィルタ１５が設けられる。燃料タンク９の中の燃料は、燃料ポンプ１３により燃料パイプ１４へ吐出され、燃料フィルタ１５で異物が除去された後、デリバリパイプ８へ圧送されて各インジェクタ７へ分配される。分配された燃料は、各インジェクタ７が作動することにより、吸気ポートへ噴射され、空気との可燃混合気を形成して各気筒＃１〜＃６に取り込まれる。
【００２０】
各気筒＃１〜＃６に対応してエンジン１に設けられた複数の点火プラグ１０は、ディストリビュータ１１から分配される点火信号を受けて作動する。ディストリビュータ１１は、イグナイタ１２から出力される高電圧をクランクシャフト４の回転角、すなわち「クランク角（°ＣＡ）」の変化に対応して各点火プラグ１０へ分配する。各点火プラグ１０による点火時期は、イグナイタ１２から出力される高電圧の出力タイミングにより決定される。つまり、イグナイタ１２が制御されることにより、各気筒＃１〜＃６における各点火プラグ１０の点火時期が制御される。
【００２１】
排気通路３に設けられた触媒コンバータ１６は、エンジン１から排出される排気を浄化するための三元触媒１７を内蔵する。周知のように、三元触媒１７は、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を同時に行う。これにより排気中の有害ガス三成分（ＣＯ，ＨＣ、ＮＯｘ）を、無害な二酸化炭素（ＣＯ２）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）及び窒素（Ｎ2）に清浄化する。三元触媒１７の持つ排気清浄化特性は、エンジン１における設定空燃比により大きく変わる。すなわち、空燃比が薄いときには、燃焼後の酸素（Ｏ2）の量が多くなり、酸化作用が活発に、還元作用が不活発になる。この酸化と還元のバランスがとれたとき（理論空燃比に近付いたとき）、三元触媒１７は最も有効に働くことになる。
【００２２】
排気通路３において、三元触媒１７の上流側にはＯ２センサ２３が、下流側にはＯ２センサ２４がそれぞれ設けられる。Ｏ２センサ２３は、エンジン１から排気通路３へ排出される排気中の酸素濃度Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。Ｏ２センサ２４は、三元触媒１７を通過した排気中の酸素濃度Ｏｘを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。そして、Ｏ２センサ２３とＯ２センサ２４との出力電圧等に基づいて、三元触媒１７に対する公知の触媒劣化診断が実施されるようになっている。
【００２３】
ディストリビュータ１１に設けられた回転速度センサ２５は、クランクシャフト４の角速度、すなわち、エンジン回転速度ＮＥを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。ディストリビュータ１１には、クランクシャフト４の回転に連動して回転し外周に複数の歯を有するロータ（図示しない）が内蔵される。回転速度センサ２５は、このロータと、ロータの外周に対向配置された電磁ピックアップ（図示しない）とを備える。このロータの回転に伴い電磁ピックアップが各歯の通過を検出する毎に、回転速度センサ２５から一つのパルス信号が出力される。この実施の形態では、クランク角が３０°ＣＡ進む毎に、回転速度センサ２５から一つのパルス信号が出力される。
【００２４】
同じく、ディストリビュータ１１には、ロータの回転に応じてクランク角の変化を所定の割合で検出するための気筒判別センサ２６が設けられる。この実施の形態では、１番気筒＃１〜６番気筒＃６の全てがそれぞれ燃焼行程を終了するまでにクランクシャフト４が２回転するものとして、７２０°ＣＡ毎の割合で、気筒判別センサ２６から基準位置信号ＧＳとしての一つのパルス信号が出力される。
【００２５】
エンジン１に設けられ水温センサ２７は、エンジン１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する。この冷却水温ＴＨＷは、エンジン１の温度状態を反映している。
【００２６】
この実施の形態で、吸気量ＧＡは、吸気圧センサ２２により検出される吸気圧ＰＭの値と、回転速度センサ２５により検出されるエンジン回転速度ＮＥの値とから算出（換算）される。従って、この実施の形態で、吸気圧センサ２２及び回転速度センサ２５は、エンジン１に供給される空気量（吸気量ＧＡ）を検出するための本発明の吸入空気量検出手段を構成する。
【００２７】
また、上記のエンジンシステムが搭載される車両側には、エンジン１に接続された変速機（図示しない）で現在使用されている変速ギア比（変速ギアが何速であるか）を検出し、それに応じた電気信号を出力する変速ギアセンサ１８が取り付けられている。この変速ギアセンサ１８は、本発明の変速比検出手段に相当する。
【００２８】
さらに、車両側には、車速を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する車速センサ２８と、外気温度を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力する外気温センサ２９とが取り付けられている。
【００２９】
この実施の形態で、電子制御装置（ＥＣＵ）３０は、各種センサ１８，２１〜２９から出力される各種信号を入力する。ＥＣＵ３０は、これら入力信号に基づいて空燃比制御を含む燃料噴射制御及び点火時期制御等を実行し、各インジェクタ７及びイグナイタ１２をそれぞれ制御する。併せて、ＥＣＵ３０は、上記各種信号に基づいて触媒１７の温度を推定するものであり、本発明の触媒温度推定手段に相当する。
【００３０】
ここで、燃料噴射制御とは、エンジン１の運転状態に応じて各インジェクタ７を制御することにより、燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを制御することである。空燃比制御とは、少なくともＯ２センサ２３からの出力電圧Ｖに基づいて、各インジェクタ７を制御することにより、エンジン１の空燃比を理論空燃比等の所定の空燃比にフィードバック制御することである。点火時期制御とは、エンジン１の運転状態に応じてイグナイタ１２を制御することにより、各点火プラグ１０による点火時期を制御することである。
【００３１】
そして、周知のようにＥＣＵ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等を備える。ＲＯＭは、前述した各種制御に係る所定の制御プログラムを予め記憶している。また、ＲＯＭは、触媒１７の温度を推定するために使用される基本推定温度マップも記憶している。そして、ＥＣＵ（ＣＰＵ）３０は、これら制御プログラムに従い前述した各種制御等を実行する。
【００３２】
次に、ＥＣＵ３０が実行する触媒温度推定処理の内容について、図２を参照しながら説明する。図２は、触媒温度推定処理の内容を示すフローチャートである。そして、ＥＣＵ３０は、この処理ルーチンを所定時間毎に周期的に実行する。
【００３３】
まず、ＥＣＵ３０は、吸気量ＧＡを算出する（Ｓ１）。具体的には、吸気圧センサ２２により検出される吸気圧ＰＭの値と、回転速度センサ２５により検出されるエンジン回転速度ＮＥの値とに基づき吸気量ＧＡが算出される。また、ＥＣＵ３０は、現在、何速の変速ギアが使用されているかを、変速ギアセンサ１８からの信号に基づき検出する（Ｓ２）。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ１で算出された吸気量ＧＡとＳ２で検出された変速ギア（変速比）とに基づき、ＲＯＭに記憶された基本温度推定マップを参照して触媒１７の基本推定温度を決定する。（Ｓ３）。
【００３４】
ここで、基本推定温度マップには、図３に示すように、各空気量に対応して変速ギアごとに触媒推定温度が記憶されている。つまり、本実施の形態に係る触媒温度推定装置は、吸入空気量および変速ギア（変速比）に基づいて触媒温度を推定する。このため、本実施の形態に係る触媒温度推定装置は、従来装置のように吸入空気量のみに基づいて触媒温度を推定する場合に比べ、触媒温度を精度よく推定することができる。
【００３５】
その後、ＥＣＵ３０は、車速と外気温度とに基づき決定される温度変化量を、Ｓ３の処理で決定した基本推定温度に加える（Ｓ４）。さらに、ＥＣＵ３０は、触媒１７の反応熱により決定される温度変化量をＳ３で算出された基本推定温度に加える（Ｓ５）。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ３の処理で決定された基本推定温度に対してＳ４およびＳ５の補正処理を行い、その補正後の温度を触媒１７の推定温度とする（Ｓ６）。これにより、触媒温度に影響を与える走行風、外気温度、および触媒の反応熱も考慮されるので、触媒１７の温度をより精度よく推定することができる。
【００３６】
以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る触媒温度推定装置では、吸気圧センサ２２により検出される吸気圧ＰＭの値と、回転速度センサ２５により検出されるエンジン回転速度ＮＥの値とから算出した吸気量ＧＡと、変速ギアセンサ１８で検出された変速ギア（変速比）とに基づいて、触媒１７の基本推定温度を決定する。これにより、吸気量ＧＡのみではなく、現在使用されているギア比を考慮した上で触媒１７の温度推定が行われるので、触媒１７の温度を精度よく推定することができる。
【００３７】
また、本実施の形態に係る触媒温度推定装置では、車速と外気温度とに基づき決定される温度変化量、および触媒１７の反応熱により決定される温度変化量によって基本推定温度を補正する。これにより、触媒１７の温度推定をより精度よく推定することができる。
【００３８】
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、吸気圧センサ２２および回転速度センサ２５で検出される吸気圧ＰＭとエンジン回転速度ＮＥとの値により吸気量ＧＡを算出しているが、吸気量ＧＡを、エアフローメータ等の吸気量検出手段により直接検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図２】触媒温度推定処理の内容を示すフローチャートである。
【図３】基本推定温度マップを示す図である。
【図４】従来の推定温度マップを示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    エンジン
１６  触媒コンバータ
１７  三元触媒
１８  変速ギアセンサ
２２  吸気圧センサ
２５  回転角度センサ
２８  車速センサ
２９  外気温センサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
2006112286.tif 000003
【図２】
2006112286.tif 000004
【図３】
2006112286.tif 000005
【図４】
2006112286.tif 000006