(57)【要約】【課題】触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を高い精度で推定する。【解決手段】排気を浄化する触媒を備えたエンジンの触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を推定するにあたり、エンジンの運転状態に基づきエンジンのシリンダ部分のガス温度を推定し（第１の推定手段、ステップＳ１）、この推定されたシリンダ部分のガス温度とシリンダ部分から触媒に至るまでのガス流路の熱伝達特性とに基づき触媒の入口におけるガス温度を推定し（第２の推定手段、ステップＳ２、Ｓ３）、この推定された触媒の入口におけるガス温度と触媒の入口におけるガス温度に対する触媒の温度ないし触媒近傍のガス温度の応答特性とに基づき触媒の温度ないし触媒近傍のガス温度を推定する（第３の推定手段、ステップＳ４、Ｓ５）。【選択図】      図２
2005325743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気を浄化する触媒を備えたエンジンに設けられ、前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度を推定する装置において、
前記エンジンの運転状態に基づき前記エンジンのシリンダ部分のガス温度を推定する第１の推定手段と、
前記推定された前記シリンダ部分のガス温度と前記シリンダ部分から前記触媒に至るまでのガス流路の熱伝達特性とに基づき前記触媒の入口におけるガス温度を推定する第２の推定手段と、
前記推定された前記触媒の入口におけるガス温度と前記触媒の入口におけるガス温度に対する前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度の応答特性とに基づき前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度を推定する第３の推定手段と、
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１の推定手段が、前記エンジンの廃熱量と、前記シリンダ部分のガス温度への前記廃熱量の感度とに基づき、前記シリンダ部分のガス温度を推定する手段である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記エンジンの運転状態と前記シリンダ部分のガス温度の関係を規定したマップを予め用意しておき、
前記第１の推定手段が、前記エンジンの運転状態に基づき前記マップを参照して前記シリンダ部分のガス温度を推定する手段である、
ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記触媒は前記エンジンの排気マニホールドの出口に設けられており、
前記第２の推定手段が、前記推定された前記シリンダ部分のガス温度と前記排気マニホールドの熱貫流率とに基づき前記触媒の入口におけるガス温度を推定する手段である、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載の装置。
【請求項５】
前記触媒の入口におけるガス温度に対する前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度の応答特性を示す伝達関数を、前記触媒の入口におけるガス温度を変化させたときの前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度の変化に基づき予め求めておき、
前記第３の推定手段が、前記推定された前記触媒の入口におけるガス温度に前記伝達関数を乗じて前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度を推定する手段である、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかひとつに記載の装置。
【請求項６】
前記伝達関数は、前記触媒の入口におけるガス温度を変化させたときの前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度の変化に基づき、ＡＲＸモデルを用いて求められた伝達関数であることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
排気を浄化する触媒を備えたエンジンに適用され、前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度を推定する方法において、
前記エンジンの運転状態に基づき前記エンジンのシリンダ部分のガス温度を推定する第１の段階と、
前記推定された前記シリンダ部分のガス温度と前記シリンダ部分から前記触媒に至るまでのガス流路の熱伝達特性とに基づき前記触媒の入口におけるガス温度を推定する第２の段階と、
前記推定された前記触媒の入口におけるガス温度と前記触媒の入口におけるガス温度に対する前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度の応答特性とに基づき前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度を推定する第３の段階と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第１の推定段階が、前記エンジンの廃熱量と、前記シリンダ部分のガス温度への前記廃熱量の感度とに基づき、前記シリンダ部分のガス温度を推定する段階であることを特徴とする請求項７に記載の方法
【請求項９】
前記エンジンの運転状態と前記シリンダ部分のガス温度の関係を規定したマップを予め用意しておき、
前記第１の推定段階が、前記エンジンの運転状態に基づき前記マップを参照して前記シリンダ部分のガス温度を推定する段階であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記触媒は前記エンジンの排気マニホールドの出口に設けられており、
前記第２の推定段階が、前記推定された前記シリンダ部分のガス温度と前記排気マニホールドの熱貫流率とに基づき前記触媒の入口におけるガス温度を推定する段階である、
ことを特徴とする請求項７から９のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項１１】
前記触媒の入口におけるガス温度に対する前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度の応答特性を示す伝達関数を、前記触媒の入口におけるガス温度を変化させたときの前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度の変化に基づき予め求めておき、
前記第３の推定段階が、前記推定された前記触媒の入口におけるガス温度に前記伝達関数を乗じて前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度を推定する段階である、
ことを特徴とする請求項７から１０のいずれかひとつに記載の方法。
【請求項１２】
前記伝達関数が、前記触媒の入口におけるガス温度を変化させたときの前記触媒の温度ないし前記触媒近傍のガス温度の変化に基づき、ＡＲＸモデルを用いて求められた伝達関数であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒の触媒温度ないし触媒近傍のガス温度の推定に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気通路には排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを除去するための排気浄化触媒が設けられている。排気浄化触媒の浄化効率は触媒温度に応じて影響を受けるため、最適な転換効率を得るためには触媒温度が所定の温度範囲にあるか監視する必要がある。特許文献１に記載の装置では、エンジン回転速度、エンジン負荷を含む複数のエンジンパラメータに基づき触媒温度を推定するようにしている。この方法によれば、触媒温度を得るために温度センサを触媒に取り付ける必要がなくなり、触媒温度の推定を低コストで実現できるという利点がある。
【特許文献１】特開２００２−１３８８２２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、エンジン回転速度やエンジン負荷を含む複数のエンジンパラメータから直接触媒温度を推定していたため、エンジンのシリンダから触媒に至るまでの途中の過程が考慮されず、触媒温度の精度が低いという問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる技術的課題を鑑みてなされたもので、触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を高い精度で推定する装置及び方法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】
【０００５】
エンジンの運転状態に基づきエンジンのシリンダ部分のガス温度を推定し、この推定されたシリンダ部分のガス温度と、シリンダ部分から触媒に至るまでのガス流路の熱伝達特性とに基づき触媒の入口におけるガス温度を推定し、この推定された触媒の入口におけるガス温度と、触媒の入口におけるガス温度に対する触媒の温度ないし触媒近傍のガス温度の応答特性とに基づき触媒の温度ないし触媒近傍のガス温度を推定する。
【発明の効果】
【０００６】
エンジンにおける燃焼によって生成された排気ガスは、エンジンと触媒を接続する排気マニホールド等を経由して触媒に流入し、触媒温度ないし触媒近傍のガス温度に影響を与える。本発明によれば、エンジンの運転状態を示すパラメータから直接触媒温度を求めるのではなく、エンジンのシリンダ部分のガス温度を推定し、これを利用して触媒入口におけるガス温度を推定し、さらにこれを利用して触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を推定する、すなわち、エンジンから触媒の間を複数に分割して推定を行なうようにしたので、排気ガスが触媒温度ないし触媒近傍のガス温度に影響を与えるまでの過程が考慮され、触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を高い精度でもって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】
【０００７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、ここでは触媒温度を推定するものとして記載するが、以下の説明中の「触媒温度」を「触媒近傍のガス温度」と読み替えれば触媒温度の推定にそのまま用いることができる。あるいは触媒近傍のガス温度は触媒温度に近くなることから、推定した触媒温度をそのまま触媒近傍のガス温度として用いることも可能である。よって、ここでは触媒温度の推定についてのみ説明し、触媒近傍のガス温度推定についての説明は省略する。
【０００８】
図１は本発明に係る触媒温度推定装置、方法が適用されるエンジンシステムの概略構成を示したものである。吸気通路２、吸気ポート３を介してシリンダ４内に導入される空気は、吸気ポート３に設けられた燃料噴射弁５から噴射される燃料と混合され、上昇してくるピストン６によって圧縮された後、点火プラグ７によって着火、燃焼する。燃焼して膨張したガスはピストン６を押し下げる仕事をし、その後、再び上昇してくるピストン６によって、排気ポート８を介して排気マニホールド９へと排出される。吸気ポート３、排気ポート８は図示しない吸気バルブ、排気バルブによって所定のタイミングでそれぞれ開閉される。
【０００９】
吸気通路２の途中には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１１、アクセル操作量に応じて開度を制御されてエンジン１の吸入空気量を調節する電子制御式のスロットル弁１４が設けられている。エアフローメータ１１で検出された吸入空気量はエンジン１の負荷を示す信号として、図示しないエンジンコントローラに入力される。
【００１０】
排気マニホールド９には、その外壁近傍の外気温度を検出する温度センサ１２が設けられており、その検出値は触媒温度推定装置２０に入力される。また、排気マニホールド９の出口には排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化する三元触媒１３が設けられており、エンジン１からの排気は三元触媒１３によって浄化された後、さらに下流に位置する排気通路１０へと流出し、図示しない床下触媒を介して大気へと排出される。
【００１１】
触媒温度推定装置２０には、上記温度センサ１２で検出された排気マニホールド９の外壁近傍の外気の温度のほか、図示しないエンジンコントローラから、エンジン１の回転速度、スロットル弁開度、燃料噴射量を含むエンジン１の運転状態を示す各種信号が入力される。触媒温度推定装置２０は、これら入力された各種信号に基づき、エンジン１のシリンダ部分のガス温度を推定する。そして、シリンダ部分のガス温度を排気マニホールド９の入口におけるガス温度とし、これと排気マニホールド９の熱貫流率に基づき排気マニホールド９出口におけるガス温度を推定する。さらに、触媒温度推定装置２０は、推定した排気マニホールド９出口におけるガス温度、すなわち触媒１３の入口におけるガス温度と、これに対する触媒１３の温度の応答特性とに基づき、触媒１３の担体ベッド温度（触媒温度）を推定する。
【００１２】
なお、この実施形態では、温度センサ１２での検出値を直接触媒温度推定装置２０に入力しているが、これを一旦エンジンコントローラに入力し、触媒温度推定装置２０はこの値をエンジンコントローラを介して入手するようにしても構わない。また、温度センサ１２を設ける代わりに、他のパラメータからマップを参照することで排気マニホールド外壁近傍の温度を推定するように構成し、検出値に代えて推定値を用いるようにしてもよい。また、触媒温度推定装置２０をエンジンコントローラから独立した装置とするのではなく、触媒温度推定装置２０をエンジンコントローラに組み込むようにしてもよく、この場合、温度センサ１２の検出値は触媒温度推定装置を兼ねたエンジンコントローラに入力される。
【００１３】
次に、触媒温度推定装置２０が行なう触媒温度推定の内容について詳説する。
【００１４】
図２は触媒温度推定処理の内容を示したフローである。このフローは所定時間ごとに繰り返し、あるいは触媒温度を入手することが必要なタイミングに触媒温度推定装置２０において実行される。このフローに示されるように、触媒温度の推定は、大きく分けて、エンジン１のシリンダ部分のガス温度を推定する段階（ステップＳ１）、排気マニホールド９の熱貫流率Ｋを読み出し（ステップＳ２）、熱貫流率Ｋと推定されたシリンダ部分のガス温度とに基づき、排気マニホールド９の出口（触媒１３の入口）におけるガス温度を推定する段階（ステップＳ３）、触媒１３の入口におけるガス温度と触媒温度の間の伝達関数Ｇ（ｑ）を読み出し（ステップＳ４）、伝達関数Ｇ（ｑ）と推定された触媒入口におけるガス温度とに基づき触媒温度を推定する段階（ステップＳ５）の３つの段階に分かれる。そのため、以下の説明では、触媒温度推定を各段階に分けて説明する。
【００１５】
１．シリンダ部分のガス温度の推定（第１の推定手段）
シリンダ部分のガス温度θ1は、図３に示すように、廃熱量Ｑが大きくなるにつれシリンダ部分のガス温度θ1が増加し、かつ、廃熱量Ｑの増分に対するシリンダ部分のガス温度θ1の増分が徐々に小さくなるという関係があることに基づき、次式（１）：
【００１６】
【数１】
2005325743.tif 000003
【００１７】
θmx：最大発熱量時の排気ガス温度
θmn：発熱量ゼロ時の排気ガス温度
ｋ  ：排気ガス温度への発熱量の感度
Ｑ  ：廃熱量
により推定する。式（１）は図３に示す特性の回帰式である。最大廃熱量時の排気ガス温度θmx、廃熱量ゼロ時の排気ガス温度θmn、排気ガス温度への廃熱量の感度ｋは実験により予め求めておく。この推定方法によればエンジン１が燃料カットを行なっているかにかかわらず、シリンダ部分のガス温度θ1を推定することができる。
【００１８】
廃熱量Ｑは、燃料を燃焼させることによる発熱量である燃料発熱量Ｑ’からエンジン１から取り出される仕事である軸仕事Ｗを差し引いた値であり（Ｑ＝Ｑ’−Ｗ）、エンジン１の回転速度、燃料噴射量等に基づき演算によって求めることができる。燃料発熱量Ｑ’は次式（２）：
【００１９】
【数２】
2005325743.tif 000004
【００２０】
ＣＯ２：排気ガス中のＣＯ2割合
ＣＯ：排気ガス中のＣＯ割合
Ｈｆ：燃料の低位発熱量
ＨCO：ＣＯの低位発熱量
Ｈｖ：燃料の気化潜熱量
ｍｆ’：燃料流量（燃料噴射量）
により演算することができ、また、軸仕事Ｗは次式（３）：
【００２１】
【数３】
2005325743.tif 000005
【００２２】
Ｗ’  ：図示仕事
Ｗｐｌｏｓｓ’：ポンプ仕事
Ｗｃｌｏｓｓ’：冷却損失
によって演算することができる。
【００２３】
式（３）中の図示仕事Ｗ’、ポンプ仕事Ｗｐｌｏｓｓ’は次式（４）、（５）：
【００２４】
【数４】
2005325743.tif 000006
【００２５】
Ｐｉ：平均有効圧力
Ｖ０：排気量
Ｎ：エンジン回転速度
【００２６】
【数５】
2005325743.tif 000007
【００２７】
Ｐｅｘ：排気圧力
Ｐｉｎ：吸気圧力
ＶＩＶＣ：下死点から吸気バルブが閉じるまでの行程容積
により演算することができ、冷却損失Ｑｃｌｏｓｓはエンジン１の出入口水温とクーラント流量から算出することができる。
【００２８】
ここではエンジン１の廃熱量とシリンダ部分のガス温度θ1の関係に基づきシリンダ部分のガス温度θ1を推定するようにしているが、シリンダ部分のガス温度θ1の推定に他の手法を用いることも可能である。例えば、エンジン１の回転速度と負荷を変化させたときのエンジン１の排気ポート出口におけるガス温度（＝シリンダ部分のガス温度）を実験により測定し、図４に示すような、エンジンの回転速度と負荷（燃料噴射量）に対するシリンダ部分のガス温度の関係を規定した排温マップを予め用意しておき、エンジン１の回転速度と負荷に基づき排温マップを参照することでシリンダ部分のガス温度θ1を推定するようにしてもよい。図４に示す排温マップではエンジン１の負荷として燃料噴射量を用いているが、燃料噴射量に代えて吸入空気量、スロットル弁開度、アクセル操作量等を用いても構わない。またあるいは、エンジン１の排気ポート出口のおけるガス温度を検出するセンサをエンジン１の排気ポート出口に取り付け、このセンサを利用して排気ポート出口におけるガス温を直接検出し、これをシリンダ部分のガス温度としてもよい。
【００２９】
２．排気マニホールド出口（触媒入口）のガス温度の推定（第２の推定手段）
排気マニホールド９の出口（触媒１３の入口）におけるガス温度θ2は、上記１．で説明した処理により推定されたシリンダ部分のガス温度θ1を排気マニホールド９の入口におけるガス温度とみなし、この排気マニホールド入口のガス温度θ1と、排気マニホールド９の熱貫流率Ｋに基づき推定する。
【００３０】
図５を参照しながらさらに説明する。図５は排気マニホールド９の概念図であり、図中左側がエンジン１の排気ポート８、右側が三元触媒１３に接続される。熱貫流率Ｋは、熱の伝わりやすさを表す指標で、物体本体の熱伝導及び物体表面の熱伝達を総合したものである。熱貫流率Ｋの単位は［Ｗ／ｍ2Ｋ］であり、単位面積、単位温度あたりの熱量で表される。熱貫流率をＫ、排気ガスと排気マニホールド内壁との間の熱伝達率をα１、排気マニホールド外壁と排気マニホールド外壁近傍の外気との間の熱伝達率をα２、排気マニホールド内部の熱伝導率をλとすると、次式（６）：
【００３１】
【数６】
2005325743.tif 000008
【００３２】
が成立し、さらに、排気ガスの比熱をｃ［Ｊ／ｋｇＫ］、排気ガスの密度をρ［ｋｇ／ｍ3］、排気マニホールド外壁近傍の外気の温度θｆ［℃］、排気マニホールド９の周長をｐ［ｍ］、排気ガスの流路方向の排気マニホールド９の長さをＬ［ｍ］とすると、熱貫流率Ｋは、次式（７）：
【００３３】
【数７】
2005325743.tif 000009
【００３４】
により表すことができる。
【００３５】
熱貫流率Ｋは、排気マニホールド９に流入するガスの温度とエンジン負荷（例えば、吸入空気量）に応じて変化する。そのため、ここでは、排気マニホールド９に流入するガスの温度とエンジン負荷を変化させて排気マニホールド出口におけるガス温度を実験により測定し、排気マニホールド９に流入するガスの温度とエンジン負荷に対する熱貫流率Ｋの関係を求め、図６に示すようなマップを予めしておく。そして、実際にガス温度の推定を行なう際には、ガスの温度とエンジン負荷に基づき、このマップを参照することでその瞬間の熱貫流率Ｋを得るようにする。図６に示すように、排気マニホールド９に流入するガスの温度が高く、排気マニホールド外壁近傍との温度差が大きくなるほど熱が伝わりやすくなることから、熱貫流率Ｋはより大きな値をとるようになる。
【００３６】
熱貫流率Ｋを求めたら、温度センサ１２により検出される排気マニホールド９の外壁近傍の外気の温度θｆと熱貫流率Ｋに基づき、排気マニホールド９の出口におけるガス温度θ2を、次式（８）：
【００３７】
【数８】
2005325743.tif 000010
【００３８】
により演算する。
【００３９】
なお、熱貫流率Ｋを用いた上記手法では、排気マニホールド９の入口におけるガス温度とその出口におけるガス温度の間の遅れが考慮されないが、排気マニホールド９の入口におけるガス温度とその出口におけるガス温度の間には遅れが殆どないことから、このことが特に問題になることはない。
【００４０】
３．触媒担体ベッド温度（触媒温度）の推定（第３の推定手段）
触媒温度θ3は、排気マニホールド出口おけるガス温度θ2、すなわち触媒１３の入口におけるガス温度θ2と触媒温度θ3との間の伝達関数Ｇ（ｑ）を予め実験結果に基づき求めておき、触媒１３の入口におけるガス温度θ2にこの伝達関数Ｇ（ｑ）を乗じることで演算する。一入力一出力のシステムの伝達関数を求める手法としては種々の同定方法が提案されており、この実施形態ではその中のＡＲＸモデルを用いる。具体的には、触媒１３の入口におけるガス温度θ2を入力ｕ（ｔ）、触媒温度θ3を出力ｙ（ｔ）として、次式（９）：
【００４１】
【数９】
2005325743.tif 000011
【００４２】
Ｈ（ｑ）ｅ（ｔ）：外乱
ｎａ、ｎｂ：多項式の次数
ｎｋ：入出力の遅れ
で表されるＡＲＸモデルを作成する。式（９）は、ＡＲＸモデルを表す線形差分方程式とシフトオペレータｑを用いて表現したもので、Ｂ（ｑ）／Ａ（ｑ）が伝達関数Ｇ（ｑ）に相当する。
【００４３】
システム同定手法としてＡＲＸモデルを採用する理由は、ＡＲＸモデルは最も簡単なモデルであることから、システムを同定する際、つまり伝達関数Ｇ（ｑ）を求める際の演算負荷を軽減する際に有利であり、また、最小２乗法により必ず解を求めることができるからである。なお、実際に伝達関数Ｇ（ｑ）を求めるにあたっては、エンジン１の回転速度と負荷（例えば、吸入空気量）が一定の条件の下で、触媒１３の入口におけるガス温度θ2を変化させ、そのときの触媒温度θ3の変化の様子を実際に測定し、この測定データに基づき伝達関数Ｇ（ｑ）を求めることになる。
【００４４】
触媒温度θ3は、次式（１０）：
【００４５】
【数１０】
2005325743.tif 000012
【００４６】
で示されるように、上記２．で説明した演算処理によって演算された触媒１３の入口におけるガス温度θ3に、ＡＲＸモデルを用いて予め求めておいた伝達関数Ｇ（ｑ）を乗じることで演算する。伝達関数Ｇ（ｑ）は上記手法により触媒温度推定に先立って予め実験結果に基づき求められて触媒温度推定装置２０のメモリ内に記憶されており、触媒温度推定時はこれを読み出して用いるだけであるので、推定時の演算負荷は低く、触媒温度の推定は速やかに行なわれる。
【００４７】
触媒１３の入口におけるガス温度θ2と触媒温度θ3の間には時間遅れとむだ時間の関係があるため、このようにＡＲＸモデルを用いたシステム同定によって伝達関数Ｇ（ｑ）を求めるようにすれば時間遅れとむだ時間を表現することができ、触媒温度θ3を高い精度で推定することができる。
【００４８】
なお、厳密には、エンジン１の回転速度、負荷（例えば、吸入空気量）が変わると伝達関数Ｇ（ｑ）が変化するので、全ての運転状態に対して同じ伝達関数Ｇ（ｑ）を用いた場合、推定誤差が若干大きくなってしまう。そのため、より高い推定精度が要求される場合には、エンジン１の回転速度、負荷に応じて伝達関数Ｇ（ｑ）を複数用意し、マップ化しておき、触媒温度θ3を推定する際には、エンジン１の回転速度、負荷に応じた伝達関数Ｇ（ｑ）を読み出し、これを推定演算に用いるようにしてもよい。運転状態に応じて伝達関数Ｇ（ｑ）を切り換えるようにすることで、触媒温度θ3をより一層高い精度で推定することが可能である。
【００４９】
さらに、ここではＡＲＸモデルを用いてシステムを同定しているが、ＡＲＸモデルを用いないで設定した伝達関数、例えば、むだ時間に一次遅れを組み合わせたもの等を伝達関数として、触媒温度θ3を推定するようにしてもよいし、あるいは触媒温度の推定方法として他の推定方法を採用することも可能である。ただし、上記２．で説明した熱貫流率による計算方法ではむだ時間をうまく表現できないため、この触媒温度θ3の推定には不向きである。
【００５０】
次に、本発明による作用効果について説明する。
【００５１】
本発明によれば、触媒１３の温度ないしその近傍のガス温度を推定するにあたり、エンジン１の運転状態に基づきエンジン１のシリンダ部分のガス温度θ1を推定し（第１の推定手段、ステップＳ１）、この推定されたシリンダ部分のガス温度θ1とシリンダ部分から触媒に至るまでのガス流路の熱伝達特性とに基づき触媒１３の入口におけるガス温度θ2を推定し（第２の推定手段、ステップＳ２、Ｓ３）、推定された触媒１３の入口におけるガス温度θ2と触媒１３の入口におけるガス温度に対する触媒温度ないし触媒近傍のガス温度の応答特性とに基づき触媒温度ないし触媒近傍のガス温度θ3を推定する（第３の推定手段、ステップＳ４、Ｓ５）。本発明によれば、排気ガスの流路の熱伝達特性や流入する排気の温度に対する触媒温度ないし触媒近傍のガス温度の応答特性を考慮した上で触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を推定することができ、触媒温度ないし触媒近傍のガス温度の推定精度を高めることが可能である。
【００５２】
シリンダ部分のガス温度θ1は、例えば、エンジン１の廃熱量と、シリンダ部分のガス温度への廃熱量の感度とに基づき推定するようにする。これにより、シリンダ部分のガス温度の推定精度が上がることから、結果として、触媒温度ないし触媒近傍のガス温度の推定精度を高めることができ、また、この手法によれば、エンジン１の燃料カットを実行しているときも同じ精度でシリンダ部分のガス温度を推定することができることから、燃料カット中においても高い推定精度を維持することが可能である。なお、シリンダ部分のガス温度θ1は、エンジン１の運転状態とシリンダ部分のガス温度の関係を規定したマップ（排温マップ、図４）を予め用意しておき、このマップを参照して推定するようにしてもよい。この手法によれば触媒温度ないし触媒近傍のガス温度の推定を実際に行なうときの演算負荷を下げることができる。
【００５３】
図１に示すように排気マニホールド９の出口に触媒１３が設けられている場合においては、触媒１３の入口におけるガス温度を、シリンダ部分のガス温度θ1と排気マニホールド９の熱貫流率Ｋとに基づき触媒入口におけるガス温度θ2を推定するようにする。熱貫流率Ｋを用いることによって、演算負荷をそれ程増やすことなく高い精度で触媒入口におけるガス温度θ2を推定し、これを用いて触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を高い精度で推定することができる。
【００５４】
また、触媒の入口におけるガス温度θ2を変化させたときの触媒温度ないし触媒近傍のガス温度θ3の変化に基づき、触媒入口におけるガス温度θ2に対する触媒温度ないし触媒近傍のガス温度θ3の応答特性を示す伝達関数Ｇ（ｑ）を予め実験により求めておき、推定された触媒入口におけるガス温度θ2にこの伝達関数Ｇ（ｑ）を乗じて触媒温度ないし触媒近傍のガス温度θ3を推定するようにすれば、実際の推定時の演算負荷をそれ程増やすことなく、触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を高い精度で推定することができる。さらに、伝達関数Ｇ（ｑ）をＡＲＸモデルを用いて求めるようにすれば、システム同定の手順が比較的簡単であることに加え、触媒入口におけるガス温度の変化が触媒温度ないし触媒近傍におけるガス温度に影響を与えるまでの時間遅れとむだ時間の影響を加味して推定を行なうことができ、推定精度をさらに向上させることが可能である。
【００５５】
なお、上記した実施形態では、エンジン１のシリンダ部分から触媒までの間を、シリンダ部分、排気マニホールド部分、触媒部分の３つに分割して触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を推定しているが、分割方法はこれに限定されるものではなく、必要に応じて分割位置、分割数を変更しても構わない。例えば、上記実施形態ではエンジンのシリンダ部分のガス温度をそのまま排気マニホールド入口におけるガスの温度として用いているが、厳密にはシリンダを出てから排気ポートを通って排気マニホールドの入口に達するまでには若干の温度低下があるので、排気ポート部分を分けてガス温度を推定するようにしても構わない。この場合、シリンダ部分のガス温度とシリンダ部分から触媒に至るまでのガス流路の熱伝達特性とに基づき触媒の入口におけるガス温度を推定する第２の推定手段が、排気ポート部分と排気マニホールド部分に分けてガス温度の推定を２段階に行なうことになる。
【００５６】
また、上記実施形態では、排気マニホールド９の出口に設けられた触媒１３の温度ないし触媒近傍のガス温度を推定しているが、上記手法を用いて床下触媒の温度ないしその近傍のガス温度を推定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、触媒温度を監視する装置や、触媒温度に応じてエンジンを制御する制御装置等、排気浄化触媒の触媒温度ないし触媒近傍のガス温度を利用する装置、方法に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る触媒温度推定装置、方法が適用されるエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】触媒温度推定装置が行なう触媒温度推定処理の内容を示したフローチャートである。
【図３】エンジンの廃熱量とシリンダ部分のガス温度の関係を示した特性図である。
【図４】エンジンの回転速度と負荷（燃料噴射量）に対するシリンダ部分のガス温度の関係を規定した排温マップの一例である。
【図５】排気マニホールドの概念図である。
【図６】排気マニホールドに流入するガスの温度とエンジン負荷に対する熱貫流率の関係を規定したマップの一例である。
【符号の説明】
【００５９】
１    エンジン
４    シリンダ
５    燃料噴射弁
６    ピストン
７    点火プラグ
８    排気ポート
９    排気マニホールド
１０  排気通路
１１  エアフローメータ
１２  温度センサ
１３  三元触媒
１４  スロットル弁
２０  触媒温度推定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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