(57)【要約】【課題】本発明は、簡素な構成で触媒の温度を精度良く推定できるようにする。【解決手段】排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定装置において、触媒の温度を検出又は推定する触媒温度推定手段４０１と、触媒の温度変化状態を検出する触媒温度状態検出手段と、触媒温度状態検出手段により検出される触媒の温度変化状態が温度上昇状態であるのか温度低下状態であるのかに応じて、触媒温度推定手段で推定される該触媒温度に対して異なる補正を行なう触媒温度補正手段４０７とをそなえるように構成する。【選択図】　　　　図１
2004052556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられて排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒の温度を検出又は推定する触媒温度推定装置において、
該触媒の温度を検出又は推定する触媒温度推定手段と、
該触媒の温度変化状態を検出する触媒温度状態検出手段と、
該触媒温度状態検出手段により検出される該触媒の温度変化状態が温度上昇状態であるのか温度低下状態であるのかに応じて、触媒温度推定手段で検出又は推定される該触媒温度に対して異なる補正を行なう触媒温度補正手段とをそなえたことを特徴とする、触媒温度推定装置。
【請求項２】
該触媒温度補正手段は、該触媒が温度上昇状態にある場合には温度低下状態にある場合よりも、該触媒温度推定手段により検出又は推定される該触媒温度の応答性が高くなるように補正を行なうように設定されている
ことを特徴とする、請求項１記載の触媒温度推定装置。
【請求項３】
該触媒温度補正手段は、検出又は推定された該触媒温度にフィルタ処理を施すとともに、該フィルタ処理におけるフィルタ定数を該触媒が該温度上昇状態にある場合と該温度低下状態にある場合とで変更するように設定されている
ことを特徴とする、請求項２記載の触媒温度推定装置。
【請求項４】
該エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
該排気通路における排気流量を検出する排気流量検出手段とを有し、
該触媒温度推定手段は、該エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と該排気流量検出手段で検出された排気流量とに基づき該触媒の温度を推定する
ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項記載の触媒温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に用いて好適の触媒温度推定装置に関し、特に、エンジンの排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気系に介装される排気浄化触媒（以下、単に触媒という）は、一般に高温且つ酸化雰囲気下（リーン空燃比）になるほどシンタリング（担体に保持された粒子が高温下で相互に凝集して粒子径が大きくなる現象）等により熱劣化しやすいという特性がある。したがって、触媒の耐熱温度は、一般に触媒が還元雰囲気下（リッチ空燃比）のときよりも酸化雰囲気下のときの方が低くなる。
【０００３】
このため、触媒の熱劣化を抑制するためには、触媒が高温且つ酸化雰囲気下となるような事態を的確に回避する必要がある。
ところで、近年においては、ＣＯ２　低減（即ち、燃料消費量低減）を図ることを目的として減速時にエンジンへの燃料供給を全気筒又は一部気筒について一時的に停止（燃料カット）する減速燃料カット装置を搭載した車両が実用化されている。
【０００４】
しかし、このような減速燃料カット時には、燃料カットした気筒から空気のみが排出されることになるため、結果的に排気空燃比がリーン空燃比となりやすい。
したがって、このようなエンジンの場合、燃料カット時に、触媒コンバータが酸化雰囲気下且つ高温になる機会が多くなる。
【０００５】
そこで、触媒の温度を温度センサにより検出し、触媒温度が高温となるときには減速燃料カットを禁止するようにした技術が提案されている（例えば特開昭５５−１３７３３９号公報）。また、上記以外にも、触媒床温を吸入空気量から推定し、触媒床温が高い時には減速燃料カットを禁止するようにしたり、或いはエンジン回転速度とエンジン負荷とに基づいて減速燃料カットを禁止したりする技術が提案されている（例えば特開平８−１４４８１４号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術のうち、温度センサを用いて触媒温度を直接検出しようとした場合、温度センサを触媒担体に取り付けることは困難であるため、直接的に触媒温度を正確に検出することはできない。このため、温度センサを触媒のいずれかの位置に取り付けることになるが、この場合には測定誤差が生じるという課題がある。また、温度センサを新たに追加する必要があるのでコスト増を招くという課題がある。
【０００７】
また、触媒温度を吸入空気量から推定する手法では、排気温度に関して全く考慮されていないため、推測精度が低いという課題がある。また、触媒は温度が上昇するときと低下するときとでは、温度状態変化のメカニズムが大幅に異なるため、温度上昇時と低下時とで同じ手法で触媒温度を推定すると正確な触媒温度の推定が困難となるという課題がある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成で触媒の温度を精度良く推定できるようにした、触媒温度推定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の触媒温度推定装置は、エンジンの排気通路に設けられて排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒の温度を検出又は推定する触媒温度推定装置において、該触媒の温度を検出又は推定する触媒温度推定手段と、該触媒の温度変化状態を検出する触媒温度状態検出手段（図示せず）と、該触媒温度状態検出手段により検出される該触媒の温度変化状態が温度上昇状態であるのか温度低下状態であるのかに応じて、触媒温度推定手段で検出又は推定される該触媒温度に対して異なる補正を行なう触媒温度補正手段とをそなえているので、高い精度で触媒温度を推定することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の本発明の触媒温度推定装置は、上記請求項１において、触媒温度補正手段は、該触媒が温度上昇状態にある場合には温度低下状態にある場合よりも、該触媒温度推定手段により検出又は推定される該触媒温度の応答性が高くなるように補正を行なうことを特徴としている。
このような構成により、さらに高い精度で触媒温度を推定することができる。つまり、触媒の温度が上昇するときには、排気からの受熱及び触媒上での燃焼による反応熱による受熱により触媒温度の変化は比較的高い応答性を示すのに対して、触媒の温度が低下するときには、触媒温度の変化は排気への放熱のみであって応答性が比較的低い。そこで、触媒が温度上昇している場合には温度低下している場合よりも、触媒温度の応答性が高くなるように補正を行なうことで、正確な温度推定を行なうことができる。
【００１１】
また、請求項３記載の本発明の触媒温度推定装置は、上記請求項２において、該触媒温度補正手段は、検出又は推定された該触媒温度にフィルタ処理を施すとともに、該フィルタ処理におけるフィルタ定数を該触媒が該温度上昇状態にある場合と該温度低下状態にある場合とで変更するように設定されているので、温度変化状態に応じて正確に触媒温度を推定することができる。
【００１２】
また、請求項４記載の本発明の触媒温度推定装置は、上記請求項１〜３のいずれか１項において、該エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、該排気通路における排気流量を検出する排気流量検出手段とを有し、該触媒温度推定手段は、該エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と該排気流量検出手段で検出された排気流量とに基づき該触媒の温度を推定することを特徴としている。
【００１３】
したがって、温度センサ等の新たな部品を設けることなく触媒温度を推定できるため、コスト増を回避することができる。また、触媒の温度を推定する際に排気流量を用いることにより、排気流による触媒の冷却が考慮されることとなり、精度良く触媒温度を推定することができる。また、このように高い精度で触媒温度を推定できるので、触媒の熱劣化を確実に防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式図、図２はその要部構成を示す模式的なブロック図である。
図１に示すエンジン１はシリンダ内に直接燃料を供給する、いわゆる筒内噴射型火花点火式エンジンであって、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）及び圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を切り換え可能に構成されている。
【００１５】
この筒内噴射型エンジン１は、理論空燃比（ストイキオ）での運転や過濃空燃比（リッチＡ／Ｆ）での運転（リッチ空燃比運転）や希薄空燃比（リーンＡ／Ｆ）での運転（リーン空燃比運転）が可能であり、種々のパラメータから得れる条件に応じて上述の複数の運転モードが切り換えられるようになっている。
また、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４及び燃料噴射弁６がそれぞれ配設されており、点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。
【００１６】
また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して図示しない燃料供給装置が接続されている。この燃料供給装置は、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとを有しており、燃料タンク内の燃料を低圧或いは高圧に加圧した後、燃料を上記燃料パイプ７を介して燃料噴射弁６に供給するようになっている。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポート９が形成されており、各吸気ポート９の上端には吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。また、図示するように、吸気マニホールド１０には、吸入空気量を調節するドライブバイワイヤ式のスロットル弁１４、上記スロットル弁１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６及び吸入空気量を計測する吸気量センサ（エアフローセンサ又はＡＦＳ）１８（Ｌジェトロニック方式により燃料制御を行なう場合に主に使用）が設けられている。さらに、この吸気マニホールド１０内の圧力（負圧）を検出するための圧力センサ４４〔スピードデンシティ方式（Ｄジェトロニック方式）により燃料制御を行なう場合に主に使用〕も設けられている。
【００１７】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に排気ポート１１が形成され、この各排気ポート１１に排気マニホールド１２がそれぞれ接続されている。また、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）２０が接続されており、この排気管２０には、排気浄化触媒として三元触媒（触媒コンバータ、又は単に触媒という）３０が介装されている。
【００１８】
三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），イリジウム（Ｉｒ）のいずれかを有して構成され、排ガス中のＨＣ，ＣＯを酸化するとともにＮＯｘを還元，除去可能に構成されている。また、排気管２０には、Ｏ２　センサ２２が設けられている。
【００１９】
ＥＣＵ４０は、入出力装置，記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等），演算装置（ＣＰＵ），タイマカウンタ等を備えて構成されており、このＥＣＵ４０により、エンジン１の総合的な制御が実行されるようになっている。
また、ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６，吸気量センサ１８，Ｏ２センサ２２，圧力センサ４４及びエンジン１のクランク角度を検出するクランク角センサ４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力されるようになっている。なお、クランク角センサ４２により検出されるクランク角度に基づきエンジン回転速度Ｎｅが演算されるようになっている。
【００２０】
また、ＥＣＵ４０には、エンジンの燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段４１０（図２参照）が設けられており、この燃焼状態制御手段４１０によりエンジン１への吸入空気量又は燃料供給量の少なくとも一方が制御されてエンジン１の燃焼状態が制御されるようになっている。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６，点火コイル８，スロットル弁１４等の各種の出力デバイスが接続されており、これら出力デバイスには、各種センサ類からの情報に基づいて、燃焼状態制御手段４１０で空燃比（Ａ／Ｆ）が演算又は設定され、このＡ／Ｆとなるように燃料噴射量（燃料噴射弁６の駆動パルス幅），スロットル開度等が設定されるとともに、燃料噴射時期や点火時期等の各信号がそれぞれ出力されるようになっている。そして、これにより、燃料噴射弁６から適正なタイミングで適正量の燃料が噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施され、適正なタイミングで適正な開度となるようスロットル弁１４が開閉駆動されるようになっている。
【００２１】
また、このエンジン１では、燃費を向上させる目的で、エンジン１の減速走行時において燃料供給を停止する、いわゆる減速燃料カット制御（又は単に燃料カットという）が実施可能に構成されている。
すなわち、図２に示すように、ＥＣＵ４０内にはエンジン１の運転状態を検出又は判定する運転状態検出手段４５０が設けられており、さらに、この運転状態検出手段４５０には、エンジン１の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段４１１及び減速走行状態であるか否かを検出（又は判定）する減速状態検出手段（又は減速状態判定手段）４２０が設けられている。
【００２２】
このうち、減速状態検出手段４２０にはドライバのアクセル踏み込み開度やアクセル踏み込み状態を検出又は判定するアクセル開度センサ（図示省略）、車速を検出する車速センサ（図示省略）、エンジン回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ（クランク角センサ４２）等が接続されている。
そして、減速状態検出手段４２０は、例えば車速が所定値以上で、且つドライバがアクセルペダルの踏み込みを中止（アクセルＯＦＦ）している状態を検出すると、減速走行状態（又は単に減速状態という）と判定する。また、この減速状態が判定されている場合に、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上である状態が検出されると、燃焼状態制御手段４１０により、燃料噴射弁６からの燃料噴射が禁止されて減速燃料カット制御が実行されるようになっている。
【００２３】
また、この燃焼状態制御手段４１０には、減速状態が判定され且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上である場合に、エンジン１ヘの燃料供給を停止させる信号を出力する燃料供給停止手段（図示省略）が設けられている。
そして、減速状態検出手段４２０により、エンジン１の減速状態（例えば、ドライバがアクセルペダルの踏み込みを中止し、且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上の場合）が判定されると、燃焼状態制御手段４１０により、燃料噴射弁６からの燃料噴射が禁止されて減速燃料カット制御が実行されるようになっている。
【００２４】
なお、この実施形態では、減速燃料カット制御は全気筒について実施されるように構成されているが、一部気筒についてのみ実施するように構成してもよい。一方、触媒３０が高温下にあると推定される場合には、減速状態が判定されても、触媒３０を保護する目的でこの減速燃料カットが禁止されるようになっている。
【００２５】
以下、本発明の要部について説明すると、図２に示すように、ＥＣＵ４０には、エンジン負荷Ｌと排気流量Ｑとに基づき上記触媒３０の温度を推定する触媒温度推定手段４０１を有しており、この触媒温度推定手段４０１により触媒３０の温度（推定値）ｔが所定値（閾値）Ｔ以上であると、上述したように触媒３０を保護するべく減速燃料カットが禁止されるようになっている。
【００２６】
ここで、触媒温度推定手段４０１における触媒温度の推定手法について説明する。図３は試験走行等における触媒温度実測値のデータであるが、図示するように、排気流量と触媒温度との間には吸気管圧力（エンジン負荷）をパラメータとして線形の相関関係があることがわかる。そこで、本発明では、この特性を利用して触媒温度が推定されるようになっている。
【００２７】
即ち、触媒温度をｔ、排気流量をＱとすると、図３に示す実験結果から触媒温度ｔと排気流量Ｑとの間には、下式（１）のような線形の関係が成立する。
ｔ＝ａＱ＋ｂ・・・（１）
上式において、値ａ，ｂは、実車走行時の実測データより最小二乗法を用いて算出することができるものであり、値ａは、図４に示すように吸気管圧に対するマップとして、触媒温度推定手段４０１内の定数記憶手段４０４に予め記憶されている。つまり、値ａは、エンジン負荷Ｌとしての吸気管圧に応じた値に設定される。なお、値ａは、吸気管圧に限らず、体積効率Ｅｖ、吸入空気量、スロットル開度などのエンジン負荷に相関する値に応じた値に設定してもよい。また、値ｂも同様にエンジン負荷Ｌに応じた値に設定してもよい。
【００２８】
また、触媒温度推定手段４０１にはエンジン負荷Ｌとしての体積効率Ｅｖを求めるための体積効率マップ４０２が設けられており、このマップ（図示省略）に記憶された情報に基づき吸気管圧力Ｐとエンジン回転速度Ｎｅとから体積効率Ｅｖが求められるようになっている。
また、触媒温度推定手段４０１には排気流量Ｑを算出する排気流量演算手段４０３も設けられており、エンジン回転速度Ｎｅ及び体積効率Ｅｖを用いて下式（２）により排気流量Ｑが算出されるようになっている。
【００２９】
Ｑ＝１／２×総排気量×（Ｎｅ／６０）×Ｅｖ・・・（２）
ただし、エンジン回転速度Ｎｅの単位は〔ｒｐｍ〕である。
ところで、上述では、エンジン負荷Ｌとして体積効率Ｅｖを適用し、この体積効率Ｅｖに基づき排気流量Ｑを算出しているが、スピードデンシティ方式（Ｄジェトロニック方式）では、体積効率Ｅｖ（エンジン負荷Ｌ）はエンジン回転速度Ｎｅと吸気管圧とから求めているので、クランク角センサ４２及び圧力センサ４４により、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段及び排気流量Ｑを検出する排気流量検出手段が構成されているということができる。なお、排気流量Ｑを吸気管内圧力とエンジン回転速度とから直接算出してもよいし、Ｌジェトロニック方式の場合は吸気量センサ１８で検出される吸気流量との相関から求めてもよい。
【００３０】
また、排気流量検出手段として、排気通路２０に実際に排気流量Ｑを検出するセンサを設けてもよいし、排気流量と相関のあるマップ値から排気流量Ｑを求めてもよい。
また、エンジン負荷を表すパラメータとしては、体積効率Ｅｖ以外にも、吸気管圧，吸入空気量，スロットル開度及び目標Ｐｅ等、エンジン負荷に相関のあるものであれば、どのような値を用いてもよい。
【００３１】
さて、再び図２に戻って触媒温度の推定手法について説明すると、図示すように、触媒温度推定手段４０１には、推定温度ｔを演算により求める推定温度演算手段４０５が設けられており、この推定温度演算手段４０５において、上式（１）により触媒温度ｔが算出されるようになっている。
また、触媒温度推定手段４０１には、上記触媒推定温度演算手段４０５により算出された触媒温度にフィルタ処理を施すフィルタ処理手段（触媒温度補正手段）４０６をそなえている。そして、上述のように触媒温度ｔの推定値が算出されると、次に、フィルタ処理を実行し、これにより、推定された触媒温度の安定化を図るようになっている。
【００３２】
具体的には、このフィルタ処理手段４０６では、下式（３）により触媒温度フィルタ値が算出されるようになっている。
2004052556.tif 000003
ただし、ｋはフィルタ定数（ゲイン）である。そして、このフィルタ処理手段４０６により処理された触媒温度フィルタ値ｔ０　があらためて触媒温度として出力されるようになっている。
【００３３】
また、フィルタ処理手段４０６には、触媒３０の温度変化状態に応じてフィルタ定数を変更するフィルタ定数変更手段４０７をそなえている。ここで、フィルタ定数変更手段４０７は、触媒３０の温度が上昇しているのか温度が低下しているのかを判定する触媒温度状態検出手段（図示せず）を有しており、この触媒温度状態検出手段の検出結果に基づいてフィルタ定数ｋを変更するようになっている。
【００３４】
この場合、触媒３０が温度上昇状態にある場合には、温度低下状態にある場合よりも、触媒推定温度演算手段４０５により算出された触媒温度の応答性が高くなるように補正が行なわれるようになっている。具体的には触媒温度上昇時の方が低下時よりもフィルタ定数ｋが大きな値として設定されるようになっている。これは、触媒３０の温度が上昇するときと低下するときとでは、温度状態変化のメカニズムが大幅に異なるためである。すなわち、触媒３０の温度が上昇するときには、触媒３０は排気からの受熱及び触媒３０の触媒上での反応熱（主にＨＣ，ＣＯ２　，Ｈ２　等の未燃物の燃焼熱）による受熱により高い応答性（即ち、ゲインが大きい）で温度状態が変化するのに対し、触媒３０の温度が低下するときには、排気への放熱及び触媒３０のケースから大気への放熱により温度状態が変化し、応答性が比較的低い（ゲインが低い）。特に、触媒３０の反応熱は、反応速度が速く応答性も速い。
【００３５】
もちろん、上述したような「排気からの受熱及び触媒３０の反応熱による受熱」や「排気への放熱及び触媒３０のケースから大気への放熱」は、触媒温度上昇時にも低下時にも生じるが、触媒温度が上昇するということは、放熱量よりも受熱量のほうが多いはずであり、温度の上昇時と低下時とでは受熱量と放熱量との相対的なバランスが異なる。
【００３６】
このため、触媒温度の上昇時と低下時とで同じフィルタ定数ｋを用いると、温度推定にずれが生じてしまい、正しい温度推定が困難となる。これは、実験的にすでに確認されている。そこで、本実施形態では、触媒３０の温度上昇時と低下時とでフィルタ定数ｋを別設定して、極力正確に触媒温度を推定するようになっているのである。
【００３７】
ここで、触媒温度が上昇中であるのか又は低下中であるのかの判定手法としては、上式（１）により得られる触媒温度ｔの今回の値と前回の値との差で判定するようにしてもよいし、上式（３）により得られるフィルタ処理後の触媒温度ｔ０　の今回（ｎ）の値と前回（ｎ−１）の値との差に基づき判定するようにしてもよい。ただし、各回のフィルタ処理直前にフィルタ定数ｋを決定するほうがより正確に触媒温度を推定することができるので、触媒温度ｔの今回の値と前回の値との差で判定するほうがより好ましい。
【００３８】
一方、上述したように、ＥＣＵ４０には、エンジン１の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段４１１が設けられている。また、触媒温度推定手段４０１内には、触媒推定温度をさらに補正する第２の触媒温度補正手段４０８が設けられており、この燃焼状態判定手段４１１によりエンジン１の燃焼状態が空燃比の過濃状態（リッチ空燃比）であると判定されると、第２の触媒温度補正手段４０８により触媒温度が低温側に補正されるようになっている。
【００３９】
これは、リッチ運転時には燃料量が比較的多いため、シリンダ内において燃料により冷却が行なわれて排気温度が低下するからである。
そして、このようなリッチ運転時には、第２の触媒温度補正手段４０８では、例えば、フィルタ処理手段４０６でフィルタ処理された触媒推定温度に所定値（例えば０．８５）をかけて触媒温度が補正されるようになっている。
【００４０】
なお、第２の触媒温度補正手段４０８における補正は上述のような手法に限定されるものではなく、例えば、上式（１）における定数ａ，ｂを変更することで触媒温度を補正してもよい。この場合、例えば定数ａ、ｂにそれぞれ１以下の係数をかけることで触媒温度が補正されるようになっている。また、上式（１）により算出された値に所定値（例えば０．８５）をかけて補正を行なってもよい。
【００４１】
そして、このようにして推定（算出）された触媒温度が所定値以上であると判定されると、減速状態検出手段４２０で減速状態が判定され且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上でると判定されても、触媒３０を保護するべく燃焼状態制御手段４１０により減速燃料カットが禁止されるようになっている。
また、ＥＣＵ４０には触媒温度推定手段４０１で推定された触媒温度ｔの上限値及び下限値を制限する制限手段４４０が設けられており、この制限手段４４０により触媒温度が上下限値でクリップされるようになっている。
【００４２】
ここで、制限手段４４０は、例えば推定温度ｔと上限値ｔＭＡＸ　とを比較して、小さいほうの値を出力する最小値選択手段と、推定温度ｔと下限値ｔＭＩＮ　とを比較して、大きいほうの値を出力する最大値選択手段（ともに図示省略）とを有しており、これらの最小値選択手段及び最大値選択手段の作用により、温度推定値ｔが上下限値で制限されるようになっている。
【００４３】
なお、このクリップ値（上限値ｔＭＡＸ　，下限値ｔＭＩＮ　）は、空燃比がストイキオのときとリッチのときとでそれぞれ異なる設定にしてもよい。これは、上述したようにストイキオ時よりもリッチ時の方が燃料による冷却が期待でき、触媒３０の温度が低くなるためである。この場合には、クリップ値は、ストイキオ時の方がリッチ時よりも高い値となる。
【００４４】
ところで、ＥＣＵ４０には、触媒温度推定変更手段４３０が設けられており、運転状態検出手段４５０に設けられた減速状態検出手段４２０により減速状態が検出又は判定されると、上記触媒温度推定変更手段４３０により、触媒温度を上述したエンジン負荷と排気流量とに基づく推定手法（通常運転状態で推定する手法）で設定された値に代えて、触媒温度ｔ＝所定値（例えば固定値６５０℃）に設定されるようになっている。
【００４５】
これは、燃料カット中及び燃料カット禁止制御中は、以下の理由▲１▼〜▲３▼により上述の温度推定式（１）では温度推定誤差が大きくなるからである。
▲１▼減速時には吸入空気量及び燃料噴射量が少ないため、通常運転時に較べて燃焼状態がよくない。このため、排気温度や排気中の未燃成分（触媒３０で反応する）が通常運転時と異なり、触媒温度も異なる。
▲２▼減速時には吸入空気量、即ち、排気流量が少なく、触媒３０の排気流による冷却（熱の持ち去り）が通常運転時に較べて少ないので触媒温度も異なる。なお、排気流による触媒の冷却とは、触媒３０の反応熱により排気温度よりも触媒温度の方が高いとき、排気流により触媒３０から熱が持ちさられ、触媒３０が冷却されることをいう。
▲３▼特に、燃料カット中は、燃料噴射及び燃焼が行なわれていないので、通常運転時（燃焼時）とは排気温度自体が異なり、触媒温度が全く異なる。
【００４６】
また、上記▲１▼〜▲３▼以外にも、減速状態時においては、触媒反応熱の発生度合は触媒温度に対する依存度合が高い。具体的には、触媒温度が高いほど触媒３０の活性度合が高く反応性も高いので、排ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ，Ｈ２　等）の反応が活発になり、触媒温度はさらに高くなる。
また、燃料カット制御又は燃料カット禁止制御の開始時点における触媒３０の担体（ウォッシュコートを含む）の持つ熱量は、燃料カット制御又は燃料カット禁止制御中に放出されて触媒温度が上昇するが、熱量は触媒温度（より正確には減速開始時の触媒温度）に相関する。
【００４７】
このような理由により、減速状態判定時には触媒３０での反応熱が触媒温度に与える影響が大きく、上述の推定温度算出式（１）では精度の高い温度推定が困難となる。
そこで、このよう減速状態のときには、本実施形態では、触媒推定温度＝所定値ｔ１　（例えば６５０℃）に設定されるようになっている。
【００４８】
なお、上述は所定値ｔ１　を固定値とした場合の一例であるが、この所定値ｔ１　は、例えば減速状態判定時における触媒温度推定値ｔ〔式（１）で算出された温度推定値〕に対するマップとして設定してもよい。また、所定値ｔ１　を減速状態判定時における触媒温度，排気流量，空燃比，燃料噴射量及び触媒担体容量（ウォッシュコートを含む）のうち、いずれか１つに対応したマップとしてもよい。なお、上述のパラメータのうち触媒担体容量は一定値であり走行状態に応じて変動するような値ではない。したがって、この触媒担体容量を用いる場合には、他のパラメータと組み合わせて適用することになる。
【００４９】
また、運転状態検出手段４５０に設けられた減速状態判定手段４２０により、燃料カット制御状態（即ち、アクセルオフで、且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上で、且つ触媒温度が所定値未満の状態）であるか、又は燃料カット禁止制御状態（即ち、アクセルオフで、且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上で、且つ触媒温度が所定値以上の状態）であるかを判定してこの判定結果に基づき所定値ｔ１　を異なる値に設定してもよい。この場合には、減速燃料カット中における触媒温度推定値を燃料カット禁止制御中の触媒温度推定値よりも小さく設定するのが好ましい。これは、減速燃料カット中には燃料噴射が禁止されて燃焼が行なわれないため、燃料カット禁止時（燃焼時）とは排気温度が異なり、触媒温度が大きく異なるからである。
【００５０】
そして、上述したように、触媒３０の温度推定値ｔが所定値（閾値）Ｔ以上であると、触媒３０を保護するべく減速燃料カットが禁止されるようになっている。また、この場合には、リッチ空燃比又はストイキオ空燃比で運転が行なわれるようになっている。
なお、この閾値Ｔは、触媒３０がリーン雰囲気下で劣化し始める温度（リーン耐熱温度）に設定されている。この値は触媒により異なるが、略７００〜９００℃の値となる。
【００５１】
本発明の一実施形態に係る触媒温度推定装置は、上述のように構成されているので、以下のようにして触媒温度が推定される。
まず、クランク角センサ４２及び圧力センサ４４により検出されたエンジン回転速度Ｎｅ及び吸気管圧Ｐに基づき、体積効率マップ４０２において体積効率Ｅｖ（エンジン負荷Ｌ）が求められる。また、排気流量演算手段４０３において、エンジン回転速度Ｎｅ及び体積効率Ｅｖから上式（２）により排気流量Ｑが算出される。
【００５２】
一方、定数記憶手段４０４に予め記憶されたマップに基づき吸気管圧Ｐから定数ａ，ｂが設定される。そして、推定温度演算手段４０５において、定数ａ，ｂ及び排気流量Ｑを用いて上式（１）により触媒温度ｔが算出される。
次に、フィルタ処理手段４０６において、上式（３）よりフィルタ処理が実行され、触媒温度ｔの安定化が図られる。そして、このフィルタ処理手段４０６により処理された触媒温度フィルタ値ｔ０　があらためて触媒温度ｔとして出力される。
【００５３】
また、式（３）で用いられるフィルタ定数ｋは、触媒３０の温度変化状態に応じてフィルタ定数変更手段４０７により変更される。この場合、触媒３０の温度が上昇しているのか低下しているのかでフィルタ定数ｋが異なる値に設定され、具体的には触媒温度上昇時の方が低下時よりもフィルタ定数ｋが大きな値として設定される。
【００５４】
また、燃焼状態判定手段４１１によりエンジン１の空燃比が過濃状態（リッチ）であると判定されると、燃料による排気の温度低下（燃料冷却）を考慮して第２の触媒温度補正手段４０８により触媒温度ｔが低温側に補正される。この場合、例えば、上式（１）により算出された値に所定値（例えば０．８５）をかけて触媒温度が補正される。
【００５５】
また、減速状態検出手段４２０により減速状態が検出又は判定された場合には、上述により推定された触媒温度ｔに代えて、触媒温度推定変更手段４３０により例えば、触媒推定温度＝所定値ｔ１　（例えば６５０℃）と設定されたり、燃料カット制御状態であるか又は燃料カット禁止制御状態であるかを判定してこの判定結果に基づき触媒推定温度ｔ１　が設定される。その後、制限手段４４０により触媒温度ｔが上限値及び下限値でクリップされる。
【００５６】
そして、このようにして推定された触媒温度ｔが所定値Ｔ以上であると、減速状態検出手段４２０で減速状態が判定されても、触媒３０を保護するべく燃焼状態制御手段４１０により減速燃料カットが禁止される。
図５は触媒３０の温度の実測値と上式（１）により得られる触媒温度ｔとを比較して示す図であるが、図示するように、本発明によれば高い精度で触媒３０の温度を推定することができた。なお、空燃比がリッチ領域にあってリッチ時補正を行なわない場合には触媒温度の推定値の方が実測値に比べて高めとなっているが、上述したように、リッチ領域では触媒温度補正手段４０８により触媒温度ｔが低温側に補正される（リッチ時補正）ため、リッチ領域においても実測値により近い触媒温度を得ることができる。
【００５７】
このように、本発明の一実施形態に係る触媒温度推定装置では、エンジン負荷としての体積効率Ｅｖと排気流量Ｑとに基づき触媒３０の温度を推定するので、温度センサを設けることなく触媒温度を推定でき、コスト増を回避することができる。
また、本実施形態では、触媒３０の温度を推定するパラメータとして排気流量Ｑを用いているので、排気流による触媒３０の冷却も考慮されており、精度良く触媒温度を推定することができる利点もある。また、このように高い精度で触媒温度を推定できるので、触媒３０の熱劣化を確実に防止することができる利点があるほか、必要なときだけ（触媒３０が所定温度以上の高温の時だけ）精度良く燃料カット制御を実行できるという利点がある。
【００５８】
また、触媒温度にフィルタ処理を施すことにより、推定された触媒温度の安定化を図ることができ、触媒温度の推定精度をさらに高めることができる。
また、触媒３０が温度上昇状態にある場合には、温度低下状態にある場合よりも、触媒温度の応答性が高くなるように推定温度が補正されるので、やはり高い精度で触媒温度を推定することができる。つまり、触媒３０の温度が上昇するときには、排気からの受熱及び触媒３０上での反応熱による受熱により触媒温度変化は比較的高い応答性を示すのに対して、触媒３０の温度が低下するときには、排気への放熱及び大気への放熱によって温度が低下するのみであるので応答性が比較的低い。そこで、触媒が温度上昇している場合には温度低下している場合よりも、触媒温度の応答性が高くなるように補正を行なうことで、正確な温度推定を行なうことができるのである。
【００５９】
具体的には、触媒３０の温度変化状態（温度上昇又は低下）に応じて応じてそれぞれフィルタ定数ｋを設定することで、より高精度に触媒温度を推定することができるのである。
また、燃焼状態がリッチ空燃比のときには、推定される触媒温度を低温側に補正するので、燃料冷却による温度低下分についても考慮されることになり、やはり高い精度で触媒温度を推定することが可能となる。
【００６０】
また、減速状態時には、触媒温度を、上式（１）とは異なる手法により設定される値（例えば所定値ｔ１　＝６５０℃）に設定することにより、減速時にも精度良く触媒の温度３０を推定することができる利点がある。つまり、減速時には、排気温度や排気中の未燃成分が通常運転時と異なるほか、排気流による冷却（熱の持ち去り）も少なく、上式（１）により触媒温度を推定した場合には、温度推定誤差が大きくなる。
【００６１】
これに対して、本発明では、減速状態時には、通常運転時で推定される触媒温度を他の値に変更することにより、減速状態時にも高い精度で触媒温度を推定することができるという利点がある。
また、減速状態時に燃料カット制御状態であるか又は燃料カット禁止制御状態であるかを判定して、この判定結果に基づき触媒温度の所定値ｔ１　を異なる値に設定するように構成した場合には、減速状態時においても、より高い精度で触媒温度を推定することができるようになる。
【００６２】
なお、本発明の実施形態は上述に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、燃料カット制御が実施され得る状態（即ち、アクセルＯＦＦで且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上である状態）を減速状態と判定し、この減速状態において触媒温度を他の値に変更するようにしてもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、エンジン負荷と排気流量とに応じて推定される触媒温度に対して触媒の温度変化状態に応じて異なる補正を行なう構成としたが、その他の方法により推定される触媒温度や直接検出される触媒温度に対しても同様に触媒の温度変化状態に応じて異なる補正を行なうようにしてもよい。また、本実施形態ではエンジン１として、いわゆる筒内噴射型火花点下式内燃機関を適用した場合を説明したが、本発明が適用されるエンジンはこのようなものに限定されるものではなくディーゼルエンジンに適用してもよい。また、本実施形態では触媒３０として三元触媒を用いた場合を説明したが、触媒３０はＮＯｘ触媒等、種々の触媒を適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の触媒温度推定装置によれば、触媒の温度変化状態が温度上昇状態であるのか温度低下状態であるのかに応じて、推定される触媒温度に対して異なる補正を行なうので、高い精度で触媒温度を推定することができる利点がある。
【００６５】
また、請求項２記載の本発明の触媒温度推定装置によれば、請求項１の利点に加えて、触媒が温度上昇状態にある場合には温度低下状態にある場合よりも、推定される触媒温度の応答性が高くなるように補正を行なうことにより、さらに正確な温度推定を行なうことができる利点がある。
また、請求項３記載の本発明の触媒温度推定装置によれば、請求項２の利点ににおいて、触媒温度にフィルタ処理を施すとともに、フィルタ処理におけるフィルタ定数を触媒が温度上昇状態にある場合と温度低下状態にある場合とで変更するので、温度変化状態に応じて正確に触媒温度を推定することができる利点がある。
【００６６】
また、請求項４記載の本発明の触媒温度推定装置によれば、請求項１〜３いずれか１項の利点に加えて、エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と排気流量検出手段で検出された排気流量とに基づき触媒の温度を推定するという簡素な構成により、減速状態運転時に温度センサ等の新たな部品を設けることなく触媒温度を推定でき、このためコスト増を回避することができる利点がある。また、触媒の温度を推定する際に排気流量を用いることにより、排気流による触媒の冷却が考慮されることとなり、精度良く触媒温度を推定することができる。また、このように高い精度で触媒温度を推定できるので、触媒の熱劣化を確実に防止することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置の要部構成を示す模式的なブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置を創案する過程で得られた触媒温度の実測データを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置の定数記憶手段に記憶されるマップの一例である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置の作用，効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２０　排気管（排気通路）
３０　触媒（排気浄化触媒）
４２　エンジン負荷検出手段及び排気流量検出手段としてのクランク角センサ
４４　エンジン負荷検出手段及び排気流量検出手段としての圧力センサ
４０１　触媒温度推定手段
４０６　触媒温度補正手段としてのフィルタ処理手段
４０７　フィルタ定数変更手段
４０８　第２の触媒温度補正手段
４１１　燃焼状態判定手段
４２０　減速状態検出手段
４３０　触媒温度推定変更手段
４５０　運転状態検出手段
【図１】
2004052556.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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