(57)【要約】【課題】本発明は、排気浄化触媒の温度上昇制御にあたり、実際の触媒温度と推定触媒温度との間の温度差による該排気浄化触媒の温度上昇制御やエミッションへの悪影響を抑制する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の各部位の触媒温度を推定するにあたり、各部位の初期温度に対して少なくとも該各部位に流入する排気の温度、該排気に含まれる還元剤量および該各部位内の熱容量を加味するとともに、排気浄化触媒において後端部位を含む下流側の各部位の初期温度を、該触媒温度推定開始時における排気浄化触媒から流出する排気の温度に基づいて決定される推定触媒温度に設定し、該排気浄化触媒において前端部位を含む残りの上流側の各部位の初期温度を該触媒温度推定開始時における該推定触媒温度より低い温度であって内燃機関における所定箇所の温度に設定する。【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に設けられ、酸化能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒に流入する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記排気浄化触媒の下流側に設けられ、該排気浄化触媒から流出する排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気浄化触媒を排気の流れ方向に沿って複数部位に分割し、分割された該排気浄化触媒の各部位の触媒温度を、該各部位の初期温度に対して少なくとも該各部位に流入する排気の温度、該排気に含まれる還元剤量および該各部位内の熱容量を加味することで、推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段によって推定される、前記排気浄化触媒において排気が流入する部位である前端部位の触媒温度が暫定触媒活性温度を超えているときに、前記還元剤添加手段による排気への還元剤の添加を行う還元剤添加制御手段と、
前記触媒温度推定手段によって推定される前記前端部位の触媒温度が前記暫定触媒活性温度より高い触媒活性温度を超えるとき、前記排気浄化触媒は触媒活性状態にあると判定する触媒活性判定手段と、
前記排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて該排気浄化触媒において排気が流出する後端部位の触媒温度である第一後端部位温度を推定する後端部位温度推定手段と、
前記後端部位温度推定手段によって推定される前記第一後端部位温度と前記触媒温度推定手段によって推定される該後端部位の触媒温度である第二後端部位温度との温度差に基づいて、該触媒温度推定手段によって推定された各部位の触媒温度を補正する触媒温度補正手段と、を備え、
前記触媒温度推定手段は、前記排気浄化触媒の各部位の触媒温度推定にあたり、該排気浄化触媒において前記後端部位を含む下流側の各部位の初期温度を該触媒温度推定開始時における前記第一後端部位温度に設定するとともに、該排気浄化触媒において前記前端部位を含む残りの上流側の各部位の初期温度を該触媒温度推定開始時における該第一後端部位温度より低い温度であって前記内燃機関における所定箇所の温度に設定することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気浄化触媒の触媒温度上昇時において前記前端部位の触媒温度が前記後端部位の触媒温度より所定温度以上低くなる触媒半暖機状態であるか否かを判定する触媒半暖機判定手段を、更に備え、
前記触媒半暖機判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒半暖機状態であると判定されるときに、前記触媒温度推定手段は、該排気浄化触媒の各部位の触媒温度推定にあたり、該排気浄化触媒において前記後端部位を含む下流側の各部位の初期温度を該触媒温度推定開始時における前記第一後端部位温度に設定するとともに、該排気浄化触媒において前記前端部位を含む残りの上流側の各部位の初期温度を該触媒温度推定開始時における該第一後端部位温度より低い温度であって前記内燃機関における所定箇所の温度に設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記内燃機関が機関停止した後、該内燃機関が再度始動するときに、
前記触媒半暖機判定手段は、前記内燃機関が機関停止したときの前記排気温度検出手段によって検出される第一排気温度と該内燃機関が再度始動するときの該排気温度検出手段によって検出される第二排気温度との温度差に基づいて、前記排気浄化触媒が触媒半暖機状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記触媒半暖機判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒半暖機状態であると判定されるときは、該触媒半暖機判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒半暖機状態でないと判定されるときと比べて前記触媒活性温度の値を低く設定することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒活性判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定されるまでは、前記後端部位の触媒温度を前記触媒温度推定手段に代わって前記
後端部位温度推定手段によって推定し、
前記触媒活性判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定された後は、前記後端部位の触媒温度を、該判定時における前記第一後端部位温度を初期温度として前記触媒温度推定手段によって推定し、
前記触媒活性判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定されるとき、該判定前の前記後端部位の触媒温度と該判定後の該後端部位の触媒温度との温度差に基づいて、前記触媒温度推定手段によって推定された該後端部位を除く各部位の触媒温度を補正することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関からの排気の浄化を行う排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気の浄化を行うための排気浄化触媒として、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、三元触媒、酸化触媒等が利用されている。これらの排気浄化触媒は、その触媒機能が発揮されるためには活性温度に達している必要がある。以下、この活性温度を触媒活性温度という。また排気浄化触媒に触媒劣化が生じると、触媒機能が十分に発揮されない虞がある。
【０００３】
そこで、排気浄化触媒に流入する排気に還元剤を添加したときの排気浄化触媒に流入する排気の温度と排気浄化触媒の推定温度との温度差から排気浄化触媒に触媒劣化が生じているか否かを判定する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。即ち、上記技術は、触媒劣化による排気浄化触媒の酸化能の低下を利用して排気浄化触媒の触媒劣化の程度を判定するものである。
【０００４】
また、排気浄化触媒の温度を活性温度とするために排気浄化触媒に還元剤を供給するとき、実際の排気浄化触媒の温度と排気中の還元剤量等から推定される排気浄化触媒の温度との温度差が許容範囲を超えるとき還元剤の供給を禁止する技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。即ち、この技術においては、還元剤が供給されることで排気浄化触媒が本来あるべき温度である触媒温度（上述の推定された排気浄化触媒の温度）に達しないことを以て、排気浄化触媒に供給された燃料の外気への放出が抑制される。
【特許文献１】特開２００３−２１４１５３号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の排気浄化触媒の触媒機能を効率的に発揮させるためには、排気浄化触媒の温度を速やかに触媒活性温度とするのが好ましい。そこで、排気浄化触媒の温度を上昇させるにあたり、排気浄化触媒に流入する排気の温度を利用することに加えて、排気浄化触媒に還元剤を供給して還元剤と排気浄化触媒との反応熱を利用することで、排気浄化触媒の温度上昇を行う。
【０００６】
ここで、排気浄化触媒での還元剤との反応が行われるためには、排気浄化触媒の温度が、該反応が起こり得る温度（以下、「暫定触媒活性温度」という）に達している必要がある。尚、暫定触媒活性温度は、上述の触媒活性温度より低い温度である。このように、排気浄化触媒の温度を制御するとき、触媒温度を把握するにあたりその推定を行うと、実際の触媒温度と推定触媒温度との間に温度差が生じる場合がある。そして、該温度差が生じることで、排気浄化触媒の温度上昇制御に不具合を発生させる虞や、排気浄化触媒の温度上昇のために供給された還元剤によってエミッションが悪化する虞がある。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、排気浄化触媒の温度上昇制御にあたり、実際の触媒温度と推定触媒温度との間の温度差による該排気浄化触媒の温度上昇制御やエミッションへの悪影響を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、排気浄化触媒の触媒温度の推定にあたり、排気浄化触媒を排気の流れ方向に沿って複数部位に分割し、分割された排気浄化触媒の各部位の触媒温度を、各部位の初期温度に対して少なくとも各部位に流入する排気の温度、該排気に含まれる還元剤量および該各部位内の熱容量を加味することで、推定する。そして、上記した課題を解決するために、触媒温度推定における初期温度の設定値に着目した。推定される排気浄化触媒の各部位の触媒温度は、該初期温度によってオフセットされるからである。
【０００９】
即ち、本発明は、内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の排気通路に設けられ、酸化能を有する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒に流入する排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記排気浄化触媒の下流側に設けられ、該排気浄化触媒から流出する排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気浄化触媒を排気の流れ方向に沿って複数部位に分割し、分割された該排気浄化触媒の各部位の触媒温度を、該各部位の初期温度に対して少なくとも該各部位に流入する排気の温度、該排気に含まれる還元剤量および該各部位内の熱容量を加味することで、推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段によって推定される、前記排気浄化触媒において排気が流入する部位である前端部位の触媒温度が暫定触媒活性温度を超えているときに、前記還元剤添加手段による排気への還元剤の添加を行う還元剤添加制御手段と、前記触媒温度推定手段によって推定される前記前端部位の触媒温度が前記暫定触媒活性温度より高い触媒活性温度を超えるとき、前記排気浄化触媒は触媒活性状態にあると判定する触媒活性判定手段と、前記排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて該排気浄化触媒において排気が流出する後端部位の触媒温度である第一後端部位温度を推定する後端部位温度推定手段と、前記後端部位温度推定手段によって推定される前記第一後端部位温度と前記触媒温度推定手段によって推定される該後端部位の触媒温度である第二後端部位温度との温度差に基づいて、該触媒温度推定手段によって推定された各部位の触媒温度を補正する触媒温度補正手段と、を備え、前記触媒温度推定手段は、前記排気浄化触媒の各部位の触媒温度推定にあたり、該排気浄化触媒において前記後端部位を含む下流側の各部位の初期温度を該触媒温度推定開始時における前記第一後端部位温度に設定するとともに、該排気浄化触媒において前記前端部位を含む残りの上流側の各部位の初期温度を該触媒温度推定開始時における該第一後端部位温度より低い温度であって前記内燃機関における所定箇所の温度に設定する。
【００１０】
上述の内燃機関の排気浄化装置においては、排気通路に設けられた排気浄化触媒によって排気の浄化が行われる。ここで、排気の浄化、例えば排気中のＮＯｘや粒子状物質の除去等が効率的に行われるには、排気浄化触媒の温度が触媒活性温度に達する必要がある。従って、排気浄化触媒の温度が低温であるときは、速やかに触媒活性温度にまで上昇させるのが好ましい。
【００１１】
そこで、排気浄化触媒の温度が比較的低温であるときは、内燃機関から排出される排気の温度によって排気浄化触媒の温度を上昇させる。そして、前端部位の触媒温度が、排気中の還元剤を酸化し得る温度、即ち暫定触媒活性温度に到達したときは、還元剤添加制御手段によって排気へ還元剤が添加されることで、該排気浄化触媒に還元剤を供給し、還元剤と排気浄化触媒との間で、還元剤の酸化による反応熱を発生させて、排気浄化触媒の温度上昇を行う。
【００１２】
このとき、還元剤添加手段による排気浄化触媒への還元剤の供給開始の判断は、触媒温度推定手段によって推定された前端部位の触媒温度が基準となる。ここで、触媒温度推定手段は、上述のように、排気の流れ方向に沿って複数部位に分割された排気浄化触媒の各
部位に対して、それぞれに初期温度を設定し、その設定温度に対して少なくとも各部位に流入する排気の温度、該排気に含まれる還元剤量および該各部位内の熱容量を加味することで、各部位の触媒温度を推定する。即ち、初期温度を起点として少なくとも流入排気の熱エネルギーと還元剤の酸化によって発生する酸化熱エネルギーによる温度上昇が加味されることで、各部位の推定触媒温度が推定される。更に、排気浄化触媒の熱容量を考慮することで、流入排気温度の変動による影響を緩和し、比較的安定的な触媒温度の推定が可能となる。
【００１３】
これにより、排気浄化触媒の速やかな温度上昇が図られる。尚、前端部位の触媒温度を還元剤添加の基準とするのは、前端部位の下流側に位置する部位の触媒温度が暫定触媒活性温度に到達していなくても、前端部位が暫定触媒活性温度に到達すれば前端部位に供給された還元剤の酸化エネルギーによって、下流側に位置する部位の触媒温度も順次暫定触媒活性温度に到達し得るからである。
【００１４】
尚、還元剤添加手段による還元剤の供給が行われる前においては、排気中に含まれる還元剤の大部分は内燃機関１からの排気に含まれる未燃焼の燃料等の還元剤である。そして、排気浄化触媒の触媒温度は暫定触媒活性温度より低いため、排気中の還元剤による排気浄化触媒の温度上昇への寄与を、非常に小さく扱うか、若しくは無視してもよい。
【００１５】
更に、触媒温度推定手段によって推定された触媒温度が触媒活性温度を超えるとき、触媒活性判定手段によって排気浄化触媒が触媒活性状態となって触媒機能を十分に発揮し得る状態であると判定される。このとき、該判定において前端部位の触媒温度を還元剤添加の基準とするのは、上述と同様の理由による。
【００１６】
また、排気浄化触媒の後端部位の触媒温度については、上述の触媒温度推定手段によって推定される第二後端部位温度の他に、後端部位温度推定手段によって推定される第一後端部位温度が存在する。後端部位温度推定手段は、排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて後端部位の触媒温度を推定する。排気温度検出手段は排気浄化触媒の下流に備えられているため、排気温度検出手段によって検出される排気温度は後端部位の触媒温度を強く反映していると考えられる。従って、該排気温度から後端部位の触媒温度を推定することが可能である。その際、排気温度に関連する要素、例えば排気流量等を考慮して、排気温度から後端部位の触媒温度を推定するのが好ましい。
【００１７】
従って、後端部位温度推定手段によって推定される第一後端部位温度は、第二後端部位温度と比べて、より実際の後端部位の触媒温度に近い温度となり得る。そこで、触媒温度補正手段によって、第一後端部位温度と第二後端部位温度との温度差に基づいて触媒温度推定手段によって推定された触媒温度を補正し、以てより正確な触媒温度の推定を図る。即ち、該温度差が触媒温度推定手段による推定誤差とみなして、該温度差に応じて触媒温度推定手段による推定触媒温度を増減させる。従って、該温度差が大きくなるに従い、推定触媒温度の補正量が大きくなる。一方で、これにより、排気浄化触媒の温度上昇制御において触媒温度が急激に変動することになるため、該温度上昇制御は不安定となったり、また該補正によって触媒温度の上限値、例えば排気浄化触媒の溶損を防止するために設定される上限温度を制御上超えることで、該温度上昇制御が実質的に破綻したりする虞がある。
【００１８】
また、該補正量が大きいことは、触媒温度推定手段による推定触媒温度と実際の触媒温度との乖離が大きいことを意味するため、還元剤添加制御手段による還元剤添加時期が排気浄化触媒の酸化能が発揮されにくい時期であると、該添加剤によってエミッションが悪化する虞がある。
【００１９】
そこで、上述に示すように、触媒温度推定手段による触媒温度の推定において、該推定を開始する際に設定する排気浄化触媒の各部位の初期温度を、前端部位を含む上流側の部位と後端部位を含む下流側の部位とで区別する。即ち、各部位の初期温度は、触媒温度推定手段による触媒温度の推定において、推定触媒温度の起点となる温度であって、初期温度が変動するとその変動分に応じて推定触媒温度がオフセットされる。
【００２０】
そして、後端部位を含む下流側の部位の初期温度を第一後端部位温度とすることで、触媒温度補正手段による触媒温度の補正における補正量を可及的に少なくすることが可能となる。一方で、前端部位を含む上流側の部位の初期温度を第一後端部位温度より低い温度であって内燃機関における所定箇所の温度とすることで、還元剤添加制御手段による還元剤添加実行の判断基準や触媒活性判定手段による排気浄化触媒の触媒活性状態の判断基準となる前端部位の触媒温度に対してマージンを付加することになる。即ち、より低い温度を初期温度とすることで、上述した判断が行われるときの前端部位の温度が暫定触媒活性温度又は触媒活性温度を超えることがより確実となる。ここで、所定箇所とは、第一後端部位温度より低い温度を有する内燃機関の箇所であって、排気浄化触媒の前端部位の温度が到達し得る範囲でより低い温度を有する箇所である。例えば、内燃機関の冷却水温度や吸気温度等が例示できる。
【００２１】
これにより、排気浄化触媒の温度上昇制御にあたり、実際の触媒温度と推定触媒温度との間の温度差による該排気浄化触媒の温度上昇制御やエミッションへの悪影響が抑制される。
【００２２】
ここで、上述の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒の触媒温度上昇時において、前記前端部位の触媒温度が前記後端部位の触媒温度より所定温度以上低くなる触媒半暖機状態であるか否かを判定する触媒半暖機判定手段を、更に備える場合、前記触媒推定手段による排気浄化触媒温度の推定に際する上述した各部位の初期温度の設定を、前記触媒半暖機判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒半暖機状態であると判定されるときに、行ってもよい。
【００２３】
触媒半暖機状態とは、排気浄化触媒においてその前端部位の触媒温度と後端部位の触媒温度との間に温度差が生じ、排気浄化触媒として比較的広範囲の温度分布が生じた状態をいう。そこで、上述の所定温度とは、触媒半暖機状態の排気浄化触媒における温度分布の範囲、即ち高温側の触媒温度と低温側の触媒温度との温度差をいう。排気浄化触媒の前端部位は排気の流入があり、また後端部位はそれより上流側に位置する各部位の熱エネルギーが伝播するため、前端部位に流入する排気温度が低下するとき、前端部位の温度が低下する一方で後端部位の温度低下は比較的小さい。その状態で触媒温度を上昇させるとき、排気浄化触媒が触媒半暖機状態となる。
【００２４】
そこで、このような場合には、触媒温度推定手段による触媒温度の推定において、上述したように、該推定を開始する際に設定する排気浄化触媒の各部位の初期温度を、前端部位を含む上流側の各部位と後端部位を含む下流側の各部位とで区別する。これによって、実際の排気浄化触媒の温度分布に即して、該触媒推定をより正確に行うことが可能となる。
【００２５】
そして、排気浄化触媒が半暖機状態か否かの判断は、以下のように行ってもよい。即ち、上述の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関が機関停止した後、該内燃機関が再度始動するときに、前記触媒半暖機判定手段は、前記内燃機関が機関停止したときの前記排気温度検出手段によって検出される第一排気温度と該内燃機関が再度始動するときの該排気温度検出手段によって検出される第二排気温度との温度差に基づいて、前記排気浄化触媒が触媒半暖機状態であるか否かを判定する。
【００２６】
排気浄化触媒における広範囲の温度分布は、内燃機関が機関停止した後、比較的短い期間において生じ得る。即ち、内燃機関が機関停止することで排気浄化触媒へ流入する排気温度が低下するため、前端部位の温度は比較的速やかに温度低下する一方で、後端部位の温度はそれより上流側の部位の有する熱エネルギーによって温度低下は比較的緩やかとなる。その結果、排気浄化触媒において広範囲の温度分布が生じ、以て排気浄化触媒は、触媒半暖機状態となる。
【００２７】
そこで、このような場合に排気浄化触媒の温度上昇制御を行い、触媒温度推定手段による触媒温度の推定においては、上述したように、該推定を開始する際に設定する排気浄化触媒の各部位の初期温度を、前端部位を含む上流側の各部位と後端部位を含む下流側の各部位とで区別する。これによって、実際の排気浄化触媒の温度分布に即して、該触媒推定をより正確に行うことが可能となる。
【００２８】
尚、排気浄化触媒において広範囲な温度分布が生じず、触媒半暖機状態となっていない場合、例えば、内燃機関の機関停止後比較的長い時間が経過して、排気浄化触媒の各部位の温度がほぼ一様となるような場合には、触媒温度推定手段による触媒温度の推定においては、該推定を開始する際に設定する排気浄化触媒の各部位の初期温度を、前端部位を含む上流側の各部位と後端部位を含む下流側の各部位とで区別せずに、同一の初期温度としてもよい。このとき、機関始動時の排気浄化触媒から排出される排気温度または該排気温度から推定される第一後端部位温度を設定する。
【００２９】
ここで、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒が触媒半暖機状態と判定されて、触媒温度推定手段による触媒温度の推定において、該推定を開始する際に設定する排気浄化触媒の各部位の初期温度を、前端部位を含む上流側の各部位は後端部位を含む下流側の各部位より低温側の温度に設定される。その結果、前端部位の触媒温度を基準として判定される触媒活性判定手段による判定において、排気浄化触媒が触媒活性状態に到達すると判断されるまでの時間が長くなり、触媒温度の上昇に要する還元剤添加制御手段による添加還元剤量が増大する。
【００３０】
そこで、前記触媒半暖機判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒半暖機状態であると判定されるときは、該触媒半暖機判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒半暖機状態でないと判定されるときと比べて前記触媒活性温度の値を低く設定してもよい。
【００３１】
即ち、排気浄化触媒の触媒活性状態の判断基準となる触媒活性温度を、触媒温度上昇時において排気浄化触媒が触媒半暖機状態か否かで変動させることによって、排気浄化触媒が触媒活性状態に到達すると判断されるまでの時間が短縮され、還元剤添加制御手段による添加還元材量の増大を抑制することが可能となる。
【００３２】
更に、上述までの内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒活性判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定されるまでは、前記後端部位の触媒温度を前記触媒温度推定手段に代わって前記後端部位温度推定手段によって推定し、前記触媒活性判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定された後は、前記後端部位の触媒温度を、該判定時における前記第一後端部位温度を初期温度として前記触媒温度推定手段によって推定し、そして、前記触媒活性判定手段によって前記排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定されるとき、該判定前の前記後端部位の触媒温度と該判定後の該後端部位の触媒温度との温度差に基づいて、前記触媒温度推定手段によって推定された該後端部位を除く各部位の触媒温度を補正してもよい。
【００３３】
先ず、排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定されるまでの間は、後端部位を除く部
位については上述までと同じように触媒温度推定手段による触媒温度の推定が行われ、後端部位については後端部位温度推定手段による触媒温度の推定が行われる。次に、排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定された後は、後端部位を含む全ての部位において、触媒温度推定手段による触媒温度の推定が行われることとなる。このような触媒温度が推定される場合において、排気浄化触媒が触媒活性状態にあると判定されたときに、該判定前後の後端部位の温度差に基づいて温度補正が行われる。
【００３４】
このとき、後端部位の触媒温度は、該判定の前後において、後端部位温度推定手段による推定触媒温度である第一後端部位温度が加味された推定触媒温度となるため、該判定前後における後端部位の触媒温度の温度差は比較的小さくなる。従って、該判定時において行われる触媒温度推定手段による推定触媒温度の補正量は比較的小さくなり、以て、先述した該補正量の増大による排気浄化触媒の温度上昇制御やエミッションへの悪影響を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００３５】
排気浄化触媒の温度上昇制御にあたり、実際の触媒温度と推定触媒温度との間の温度差による該排気浄化触媒の温度上昇制御やエミッションへの悪影響を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３７】
図１は、本発明が適用される内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表すブロック図である。ここで、内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関である。内燃機関１の燃焼室には吸気通路２が接続されている。また、内燃機関１において燃焼により生成された排気は、内燃機関１から排気通路３へと排出される。排気通路３の途中には、酸化能を有する酸化触媒４と酸化触媒４の下流側にいわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）５が設けられている。尚、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒にはその成分に白金が含まれているため、フィルタ５は酸化能を有する触媒として作用する。また、酸化触媒４の上流側の排気通路３には、排気通路３を流れる排気に、還元剤である内燃機関１の燃料を添加する燃料添加弁６が設けられている。燃料添加弁６から排気へ添加された燃料は、酸化触媒４やフィルタ５に供給されて、これらの触媒に対して還元剤として作用するとともにこれらの触媒の酸化能によって酸化されて、酸化熱が発生する。
【００３８】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００３９】
ＥＣＵ２０には、クランクポジションセンサ９、アクセル開度センサ１０等、内燃機関１の運転状態を検出する種々のセンサが電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。更に、ＥＣＵ２０には、フィルタ５の下流側に設けられた排気温度センサ７、排気空燃比センサ８および水温センサ１１が電気的に接続されている。排気温度センサ７によってフィルタ５から流出する排気の温度が、排気空燃比センサ８によって該排気の空燃比が、水温センサ１１によって内燃機関１の冷却水の水温が検出される。
【００４０】
一方、ＥＣＵ２０には、燃料添加弁６が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０からの
指令に従って燃料添加弁６から排気通路３を流れる排気に供給される燃料量等が制御される。また、図１には図示されていないが内燃機関１に備えられている燃料噴射弁もＥＣＵ２０と電気的に接続され、ＥＣＵ２０からの指令に従って燃料噴射弁からの燃料の噴射時期や噴射量が制御される。
【００４１】
このように構成される内燃機関１の排気浄化装置においては、排気中に含まれる粒子状物質がフィルタ５によって捕集された後酸化除去されたり、排気中のＮＯｘがフィルタ５における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒によって還元されたりすることで、排気の浄化が行われる。また、酸化触媒４は排気中の燃料を酸化することで酸化熱を発生させて、フィルタ５に流入する排気温度を上昇させる。これによって、フィルタ５における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が上昇して、触媒機能による排気浄化能力が発揮される。
【００４２】
しかし、酸化触媒４およびフィルタ５の触媒機能が発揮されるには、各々の触媒の温度が触媒活性温度に到達している必要がある。そこで、酸化触媒４およびフィルタ５の触媒温度を触媒活性温度に速やかに上昇させるために、内燃機関１からの排気の有する熱エネルギーを利用するとともに、燃料添加弁６から燃料を排気へ添加して、該燃料が酸化触媒４およびフィルタ５の有する酸化能によって酸化されて発生する酸化熱を利用する。このとき、燃料添加弁６からの燃料の添加は、酸化触媒４またはフィルタ５の触媒温度が、暫定触媒活性温度に到達しているときに行われる必要がある。尚、暫定触媒活性温度は、触媒機能が十分に発揮され得る触媒活性温度より低い温度である。
【００４３】
酸化触媒４およびフィルタ５の触媒温度が暫定触媒活性温度に到達していないときに、燃料添加弁６から燃料が添加されると、該燃料が酸化触媒４やフィルタ５によって酸化されずに外気へ放出されエミッションが悪化する。そこで、燃料添加弁６からの燃料添加は、酸化触媒４やフィルタ５の温度を速やかに触媒活性温度に上昇させるために必要であるが、一方でこれらの触媒温度が暫定触媒活性温度に到達していないときはエミッションの悪化を抑制するために、燃料添加弁６からの燃料添加が実行されるのは好ましくない。従って、燃料添加弁６からの燃料添加を実行するためには、酸化触媒４およびフィルタ５の触媒温度を精度よく把握する必要がある。更には、これらの触媒が、触媒活性状態となったか否かの判定をより正確に行うためにも、これらの触媒温度を精度よく把握する必要がある。
【００４４】
そこで、酸化触媒４およびフィルタ５の触媒温度の上昇制御における、各触媒の触媒温度の推定について、以下に説明をする。尚、酸化触媒４およびフィルタ５の触媒温度を推定するにあたり、基本的な推定方法は概ね同一である。そこで、先ず、図２に基づいて、フィルタ５の触媒温度の推定について説明を、次に酸化触媒４の触媒温度の推定については、フィルタ５の推定を援用して説明する。
【００４５】
本実施例においては、フィルタ５を排気の流れる方向に沿って三分割し、その最上流側の部位を前端部位５ａと、その最下流側の部位を後端部位５ｃと、前端部位５ａと後端部位５ｃとの間の部位を中間部位５ｂとする。図２は、三分割されたフィルタ５の各部位の触媒温度を算出するための手順を概略的に示した図である。図２中はＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、各々前端部位５ａ、中間部位５ｂ、後端部位５ｃの触媒温度を算出するための処理であり、Ｓ１から順次Ｓ２、Ｓ３の順に処理が行われることで、各部位の触媒温度が順次算出される。
【００４６】
ここで、各部位の触媒温度を算出するにあたり、各部位の初期温度が設定される。図２に示すように、前端部位５ａ、中間部位５ｂ、後端部位５ｃの各々の初期温度は、Ｔ０＿ａ、Ｔ０＿ｂ、Ｔ０＿ｃである。そして、前端部位５ａに流入する排気をＥＸ＿０とし、前端部位５ａに供給される燃料をＨＣ＿０とする。尚、燃料ＨＣ＿０は、酸化触媒４にお
いて酸化されずに残った燃料であり、また排気ＥＸ＿０の温度は、酸化触媒４から流出した排気の温度である。
【００４７】
処理Ｓ１における前端部位５ａの触媒温度の算出手順を以下に示す。先ず、前端部位５ａに供給された燃料ＨＣ＿０のうち、前端部位５ａの酸化能によって酸化される割合を算出する。酸化能を有する触媒における燃料の酸化の程度（以下、「酸化率」という）は、該触媒に流入する排気の流量と、該触媒自身の温度によって決定される。即ち、該触媒に流入する排気の流量が増加するに従い燃料の酸化率は低下し、また該触媒自身の温度が高くなるに従い燃料の酸化率は上昇する。そこで、内燃機関１の運転状態から推定される排気流量や前端部位５ａの現時点での温度に基づいて、燃料の酸化率が算出される。そして、前端部位５ａによって酸化されない燃料は前端部位５ａの下流側に位置する中間部位５ｂへ供給される。以下、中間部位５ｂ、後端部位５ｃでの燃料の酸化率の算出も同様に行われる。
【００４８】
次に、前端部位５ａにおいて存在する熱エネルギーの総和を算出する。前端部位５ａにおいては、前端部位５ａに流入する排気の有する熱エネルギーＥｇａｄ＿ａと、前端部位５ａにおいて燃料が酸化されることによって発生する酸化熱の熱エネルギーＥｈｃｄｐ＿ａと、その時点において前端部位５ａが有している熱エネルギーＥｄｐ＿ａとが存在する。
【００４９】
ここで、排気の有する熱エネルギーＥｇａｄ＿ａは、前端部位５ａに流入する排気Ｅｘ＿０の流量と排気温度等から算出される。酸化熱の熱エネルギーＥｈｃｄｐ＿ａは、前端部位５ａに供給された燃料ＨＣ＿０の量と、上記において算出された酸化率等から算出される。前端部位５ａが有している熱エネルギーＥｄｐ＿ａは、前端部位５ａの触媒温度と重量等から算出される。従って、熱エネルギーＥｄｐ＿ａ触媒温度の推定を開始した時点においては、初期温度Ｔ０＿ａと触媒の重量等から算出され、その後は以降に説明する算出方法に従って算出された触媒温度と触媒の重量等から算出される。
【００５０】
そして、これらの熱エネルギーの総和が前端部位５ａとそこに存在する排気へ均等に分配されて、前端部位５ａと該排気とが同一の温度へ変動すると考えて、新たな前端部位５ａの温度を算出する。具体的には、前端部位５ａにおいて存在する熱エネルギーの総和（Ｅｇａｄ＿ａ＋Ｅｄｐ＿ａ＋Ｅｈｃｄｐ＿ａで表される熱エネルギーの総和）を、前端部位５ａと前端部位５ａに存在する排気の総熱容量で除することで、前端部位５ａと前端部位５ａに存在する排気の温度Ｔａを算出する。
【００５１】
その後、前端部位５ａに存在していた排気は、排気温度Ｔａの排気ＥＸ＿ａとなり、下流側の中間部位５ｂへと流入する。また、前端部位５ａに供給された燃料ＨＣ＿０は、上記の酸化率に応じた量が前端部位５ａによって酸化されて、残りの酸化されなかった燃料ＨＣ＿ａが中間部位５ｂへ供給される。
【００５２】
以上までが処理Ｓ１における前端部位５ａの触媒温度の算出方法である。次に、処理Ｓ２における中間部位５ｂの触媒温度の算出は、排気温度Ｔａの排気ＥＸ＿ａと燃料ＨＣ＿ａに基づいて、上述の算出方法と同様に算出される。即ち、中間部位５ｂに流入する排気の有する熱エネルギーＥｇａｄ＿ｂと、中間部位５ｂにおいて燃料が酸化されることによって発生する酸化熱の熱エネルギーＥｈｃｄｐ＿ｂと、現時点において中間部位５ｂが有している熱エネルギーＥｄｐ＿ｂから、中間部位５ｂの温度Ｔｂを算出する。
【００５３】
これにより、中間部位５ｂに存在していた排気は、排気温度Ｔｂの排気ＥＸ＿ｂとなり、下流側の後端部位５ｃへと流入する。また、中間部位５ｂに供給された燃料ＨＣ＿ａは、中間部位５ｂにおける酸化率に応じた量が中間部位５ｂによって酸化されて、残りの酸
化されなかった燃料ＨＣ＿ｂが後端部位５ｃへ供給される。
【００５４】
同様に、処理Ｓ３における後端部位５ｃの触媒温度の算出は、排気温度Ｔｂの排気ＥＸ＿ｂと燃料ＨＣ＿ｂに基づいて、上述の算出方法と同様に算出される。即ち、後端部位５ｃに流入する排気の有する熱エネルギーＥｇａｄ＿ｃと、後端部位５ｃにおいて燃料が酸化されることによって発生する酸化熱の熱エネルギーＥｈｃｄｐ＿ｃと、現時点において後端部位５ｃが有している熱エネルギーＥｄｐ＿ｃから、後端部位５ｃの温度Ｔｃを算出する。
【００５５】
これにより、後端部位５ｃに存在していた排気は、排気温度Ｔｃの排気ＥＸ＿ｃとなり、フィルタ５から流出する。尚、この流出した排気の実際の温度は、排気温度センサ７によって検出される。また、後端部位５ｃに供給された燃料ＨＣ＿ｂは、後端部位５ｃにおける酸化率に応じた量が後端部位５ｃによって酸化されて、残りの酸化されなかった燃料ＨＣ＿ｃが、フィルタ５から排出される。
【００５６】
また、フィルタ５の上流側の排気通路に設けられた酸化触媒４については、酸化触媒４を排気の流れる方向において二分割し、その上流側の部位を前端部位４ａと、その下流側の部位を後段部位４ｂとする。そして、フィルタ５の場合と同様に、酸化触媒４の各部位の触媒温度を、各部位に流入する排気温度と各部位に供給される燃料に基づいて算出する。但し、前端部位４ａに流入する排気温度は、内燃機関１から排出された排気の温度であって、機関回転速度や機関負荷等の内燃機関１の運転状態等に基づいて算出する。また、前端部位４ａに供給される燃料は、燃料添加弁６から排気へ添加された燃料や内燃機関１から排出される排気に含まれる未燃成分としての燃料等である。そこで、前端部位４ａに供給される燃料を次のように算出する。
【００５７】
燃料添加弁６から添加された燃料の一部は直接前端部位４ａへ到達し、残りは排気通路３の壁面に付着する。また、既に排気通路３の壁面に付着していた燃料の一部が蒸発して、改めて前端部位４ａへ到達する。また、内燃機関１における燃料の燃焼において燃焼せずに排気中に未燃成分として残留している燃料が前端部位４ａへ到達する。これらの前端部位４ａへ到達する燃料量を、機関回転速度や機関負荷等の内燃機関１の運転状態や、該運転状態から推定される内燃機関１から排出直後の排気の温度等に基づいて算出する。
【００５８】
具体的には、例えば、内燃機関１の運転状態と燃料添加弁６からの燃料添加による前端部位４ａへの直接の到達量との関係を実験等で予め測定して、内燃機関１の運転状態と燃料添加弁６からの添加量をパラメータとして前端部位４ａへの直接の到達量を算出するマップを作成し、該マップにアクセスすることで、前端部位４ａへの燃料の到達量を算出する。尚、燃料添加弁６からの燃料添加が実行されていないときは、前端部位４ａへの燃料の到達量は、未燃成分として排気中に残留する量である。
【００５９】
そして、後端部位４ｂから排出される排気が、先述した排気Ｅｘ＿０となり、前端部位４ａおよび後端部位４ｂにおいて酸化されずに残った燃料が、先述した燃料ＨＣ＿０となる。
【００６０】
ここで、上述した触媒温度の算出が行われる内燃機関１の排気浄化装置において、酸化触媒４の前端部位４ａおよびフィルタ５の前端部位５ａの触媒温度が酸化触媒４およびフィルタ５に担持される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の各々の暫定触媒活性温度を超えると、燃料添加弁６からの燃料添加が行われる。また、前端部位４ａおよび前端部位５ａの触媒温度が酸化触媒４およびフィルタ５に担持される吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の各々の触媒活性温度を超えると、ＥＣＵ２０により各触媒が触媒活性状態になったと判定される。
【００６１】
そして、フィルタ５が触媒活性状態になったと判定されたとき、図２に示すフィルタ５の前端部位５ａ、中間部位５ｂ、後端部位５ｃの各部位の推定温度が、排気温度センサ７によって検出される排気Ｅｘ＿ｃの排気温度に基づいて補正される。排気温度センサ７は後端部位５ｃの下流側に設けられているので、排気温度センサ７によって検出される排気Ｅｘ＿ｃの排気温度は、実際の後端部位５ｃの触媒温度に極めて近い値と考えられる。そこで、該検出温度と排気Ｅｘ＿ｃの流量を踏まえて、実際の後端部位５ｃの触媒温度を推定し、該推定触媒温度を以下、第一後端部位温度という。尚、第一後端部位温度の推定を、以下、後端部位温度推定手段による推定という。また、図２に示す触媒温度の推定（以下、「触媒温度推定手段による推定」という）によって推定された後端部位５ｃの温度Ｔｃを以下、第二後端部位温度という。
【００６２】
そこで、第一後端部位温度と第二後端部位温度との間に温度差が生じる場合には、触媒温度推定手段において推定誤差が存在すると考えられる。そこで、該温度差に応じて、触媒温度推定手段で推定された各部位の触媒温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃを補正する。例えば、第一後端部位温度がＴｃ＋ΔＴｄであるとき、各部位の触媒温度Ｔａ、Ｔｂ、ＴｃをＴａ＋ΔＴｄ、Ｔｂ＋ΔＴｄ、Ｔｃ＋ΔＴｄと補正する。また、これに併せて、酸化触媒４の各部位の触媒温度も補正する。これにより、以降の酸化触媒４およびフィルタ５の各部位の触媒温度の推定がより正確に行うことが可能となる。尚、この触媒温度の補正を、以下、触媒温度補正手段による補正という。
【００６３】
ここで、内燃機関１が機関停止した後、比較的短い時間の経過後に再び内燃機関１が再び始動するとき、フィルタ５の各部位において広範囲の温度分布が生じる。図３に、内燃機関１の機関停止後の前端部位５ａおよび後端部位５ｃの実際の触媒温度の推移を示す。尚、図３に示す触媒温度推移は、触媒温度推定手段で推定された触媒温度推移ではなく、実験において温度センサによって直接測定した触媒温度の推移である。図３の横軸は時間を表し、時間ｔ１は内燃機関１が機関停止した時点を、時間ｔ２は内燃機関１が再び機関始動した時点を表す。また、図５の縦軸は触媒温度を表し、触媒温度Ｔｐ１は暫定触媒活性温度を、触媒温度Ｔｐ２は触媒活性温度を表す。尚、内燃機関１が機関停止している間は、触媒温度推定手段による触媒温度の推定は行われない。
【００６４】
そして、図３中線Ｌ１は前端部位５ａの触媒温度推移を表し、線Ｌ２は後端部位５ｃの触媒温度推移を表す。機関停止時ｔ１以降においては、前端部位５ａには燃焼による高温の排気が流入しなくなるため、前端部位５ａの触媒温度は比較的早く低下する。一方で、後端部位５ｃは、その上流側に位置する前端部位５ａや中間部位５ｂから熱が伝播するため、その触媒温度の低下は比較的緩やかである。その結果、前端部位５ａの触媒温度と後端部位５ｃの触媒温度との間に比較的大きな温度差が生じる。
【００６５】
そして、該温度差が生じた状態で時点ｔ２において内燃機関１が再度機関始動すると前端部位５ａの触媒温度と後端部位５ｃの触媒温度との間に比較的大きい温度差が生じた状態で、フィルタ５の各部位の触媒温度の推定が再び開始される。尚、このように前端部位5ａと後端部位５ｃとの間に比較的大きい温度差が生じた状態で、フィルタ５の触媒温度を上昇させる、即ち該触媒の暖機を行うことを触媒半暖機状態という。
【００６６】
フィルタ５の半暖機状態においては、該触媒温度の推定が再び開始されるとき、中間部位５ｂおよび後端部位５ｃの初期温度を、後端部位温度推定手段によって推定される第一後端部位温度とする。一方で、前端部位５ａの初期温度を、水温センサ１１によって検出される内燃機関１の冷却水の温度ｔｈｗに設定する。冷却水温度ｔｈｗは、後端部位５ｃの初期温度として設定される第一後端部位温度より低温の値である。
【００６７】
ここで、図４にフィルタ５の半暖機状態における前端部位５ａの推定温度推移（図４中
、線Ｌ３で表される）と後端部位５ｃの推定温度推移（図４中、線Ｌ４で表される）を示す。尚、これらの温度は、触媒温度推定手段で推定される。また、図４には、後端部位温度推定手段による第一後端部位温度の推移（図４中、線Ｌ５で表される）も併せて示す。図４の横軸は時間であり、時間ｔ２は図３に示す時間ｔ２と同様にフィルタ５が半暖機状態で内燃機関１が再始動した時点を、時間ｔ３は前端部位５ａの触媒温度が暫定触媒活性温度Ｔｐ１を超えた時点を、時間ｔ４は前端部位５ａの触媒温度が触媒活性温度Ｔｐ２を超えた時点を表す。
【００６８】
従って、時間ｔ２から時間ｔ３までの間においては、燃料添加弁６からの燃料添加は行われず、排気温度および未燃成分として排気中に残存する燃料によってフィルタ５の触媒温度が推移する。前端部位５ａの触媒温度は時間ｔ２より徐々に増加していくが、後端部位５ｃの触媒温度の温度は、触媒温度推定手段による触媒温度の算出を行うために、前端部位５ａの触媒温度に影響されて、前端部位５ａの温度に徐々に近づいた後、前端部位５ａの温度に追従するように上昇する。尚、第一後端部位温度は、触媒温度推定手段によって推定される前端部位５ａの触媒温度には影響されないため、徐々に増大する。また、時間ｔ３から時間ｔ４までの間においては、燃料添加弁６から燃料添加によって各部位の触媒温度の温度上昇が速やかに行われる。
【００６９】
そして、時間ｔ４において、ＥＣＵ２０によってフィルタ５が触媒活性状態となったと判定されるとともに、触媒温度補正手段による温度補正が行われる。即ち、触媒温度補正手段による温度補正は時間ｔ４における第一後端部位温度（図４中、点Ｐ１で表される触媒温度）と時間ｔ４における第二後端部位温度（図４中、点Ｐ２で表される触媒温度）との温度差ΔＴｐを、触媒温度推定手段によって推定される触媒温度に加算する。従って、図４に示すように時間ｔ４直後において、前端部位５ａと後端部位５ｃの触媒温度は急峻に上昇する。その後、一定のオーバーシュートをもって、前端部位５ａと後端部位５ｃの触媒温度は目標となる触媒温度に収束する。
【００７０】
図４に示すように、前端部位５ａの初期温度を冷却水温度ｔｈｗとして触媒温度の推定とともにフィルタ５の温度上昇が行われることで、前端部位５ａの触媒温度が冷却水温度ｔｈｗの影響を受けて低温側の触媒温度で推移する。その結果、ＥＣＵ２０による触媒活性の判定が行われるとき（図４中、時間ｔ４）、実際の触媒温度が触媒活性温度を超えている蓋然性が高くなり、より安全な触媒活性判定を行い得る。
【００７１】
更に、後端部位５ｃの初期温度を第一後端部位温度として触媒温度の推定とともにフィルタ５の温度上昇が行われることで、後端部位５ｃの推定触媒温度が第一後端部位温度が加味された値となる。そのため、前端部位５ａと同様に後端部位５ｃの初期温度を冷却水温度ｔｈｗと設定する場合と比べて、触媒温度補正手段による触媒温度の補正を行うときの補正量（図中のΔＴｐに相当）が小さくなる。その結果、時間ｔ４以降に発生するオーバーシュート量を抑え、安定したフィルタの昇温を行うことが可能となる。尚、このオーバーシュート量が過度に大きくなると、フィルタ５の各部位の過剰昇温を抑制するための上限温度ＯＴを超え、内燃機関１が機関停止する虞があるが、上述のような初期温度設定をすることで、フィルタ５の各部位の触媒温度のＯＴ超過を抑制し得る。また、図４には中間部位５ｂの温度推移は示されていないが、後端部位５ｃと同じ初期温度を設定した上で、触媒温度推定手段による推定が行われる。
【００７２】
ここで、図５および図６に基づいて、上述した酸化触媒４およびフィルタ５の触媒温度の推定およびフィルタ５の触媒活性の判定を行いつつ、触媒温度を上昇させる制御（以下、「触媒温度上昇制御」という）について、説明する。尚、触媒温度上昇制御は、酸化触媒４およびフィルタ５の触媒温度を上昇させるときに実行されるルーチンである。図５および図６は、触媒温度上昇制御の処理の流れを示すフローチャートである。
【００７３】
先ず、図５に示す触媒温度上昇制御について説明する。Ｓ１０１では、内燃機関１が機関停止しているか否かが判定される。内燃機関１が機関停止していると判定されるとＳ１０２へ進み、内燃機関１が機関停止していないと判定されるとＳ１０１の処理が再び行われる。
【００７４】
Ｓ１０２では、排気温度センサ７によって、フィルタ５から流出した排気の温度ｔｈｃｏ１が検出される。即ち、ｔｈｃｏ１は、内燃機関１の機関停止直後の排気温度であって、その時点における後端部位５ｃの触媒温度を強く反映する値である。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００７５】
Ｓ１０３では、機関停止状態にある内燃機関１が、再び機関始動するか否かが判定される。内燃機関１が機関始動すると判定されるとＳ１０４へ進み、内燃機関１が機関始動しないと判定されるとＳ１０３の処理が再び行われる。
【００７６】
Ｓ１０４では、排気温度センサ７によって、フィルタ５から流出した排気の温度ｔｈｃｏ２が検出される。即ち、ｔｈｃｏ２は、内燃機関１の機関始動直後の排気温度であって、その時点における後端部位５ｃの触媒温度を強く反映する値である。そして、Ｓ１０２で検出した排気温度ｔｈｃｏ１とｔｈｃｏ２との排気温度差ΔＴｅｘを算出する。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００７７】
Ｓ１０５では、Ｓ１０４で算出された排気温度差ΔＴｅｘが所定温度差ΔＴｅｘ０より小さいか否かが判定される。ここで、排気温度差ΔＴｅｘは、内燃機関１の機関始動時の排気温度ｔｈｃｏ２とその前の機関停止時の排気温度ｔｈｃｏ１との温度差であることから、排気温度差ΔＴｅｘは、内燃機関１が機関停止状態にあった時間を反映する値である。即ち、排気温度差ΔＴｅｘの値が比較的小さいことは、内燃機関１が機関停止状態にあった時間が比較的短いことを意味し、排気温度差ΔＴｅｘの値が比較的大きいことは、内燃機関１が機関停止状態にあった時間が比較的長いことを意味する。そして、内燃機関１が機関停止状態にあった時間が比較的短い場合には、先述したようにフィルタ５の前端部位５ａの触媒温度と後端部位５ｃの触媒温度との間に比較的大きい温度差が生じ、フィルタ５が触媒半暖機状態となる。
【００７８】
そこで、排気温度差ΔＴｅｘに基づいて、フィルタ５が触媒半暖機状態であるか否かを判断することが可能である。その判定の基準となるのが所定温度差ΔＴｅｘ０であり、所定温度差ΔＴｅｘ０はフィルタ５の大きさや熱容量等から決定される値である。そして、排気温度差ΔＴｅｘが所定温度差ΔＴｅｘ０より小さいときは、内燃機関１が機関停止状態にあった時間が比較的短いことを意味し、即ちフィルタ５が触媒半暖機状態にある蓋然性が高いことを意味する。そこで、その場合にはＳ１０６へ進む。また、排気温度差ΔＴｅｘが所定温度差ΔＴｅｘ０以上であるときは、内燃機関１が機関停止状態にあった時間が比較的長いことを意味し、即ちフィルタ５において前端部位５ａの触媒温度と後端部位５ｃの触媒温度との間の温度差は比較的小さいことを意味する。そこで、その場合にはＳ１０８へ進む。
【００７９】
Ｓ１０６では、Ｓ１０４で検出された排気温度ｔｈｃｏ２が所定排気温度ｔｈｃｏ０より大きいか否かが判定される。ここで、所定排気温度ｔｈｃｏ０は、後端部位５ｃの触媒温度が触媒活性状態にあるときのフィルタ５から流出する排気温度もしくは該排気温度に近い温度である。従って、Ｓ１０６において排気温度ｔｈｃｏ２が所定排気温度ｔｈｃｏ０より大きいときは、内燃機関１が機関停止状態にあった時間が非常に短く、フィルタ５が触媒半暖機状態となるまでには至らず、いまだ触媒活性状態を維持しているとみなし得る。そこで、排気温度ｔｈｃｏ２が所定排気温度ｔｈｃｏ０より大きいと判定されるとき
はＳ１０７へ進み、フィルタ５は触媒活性状態にあると判定し、本制御を終了する。また、排気温度ｔｈｃｏ２が所定排気温度ｔｈｃｏ０以下であると判定されるときは、フィルタ５は触媒半暖機状態にあると判定し、Ｓ１０９へ進む。
【００８０】
Ｓ１０５からＳ１０８に進むときは、フィルタ５の前端部位５ａの触媒温度と後端部位５ｃの触媒温度との温度差は比較的小さい状態、即ちフィルタ５の触媒温度がほぼ一様に低下している状態である。そこで、触媒温度推定手段による触媒温度の推定を行うにあたり、前端部位５ａの初期温度および後端部位５ｃの初期温度に、共に第一後端部位温度を設定する。換言すると、実際のフィルタ５の触媒温度に即した各部位の初期温度を設定するものである。尚、中間部位５ｂの初期温度は、後端部位５ｃの初期温度と同一とする。
【００８１】
Ｓ１０６からＳ１０９に進むときは、フィルタ５は触媒半暖機状態である。そこで、先述したように、触媒温度推定手段による触媒温度の推定を行うにあたり、前端部位５ａの初期温度を、内燃機関１の冷却水温度ｔｈｗに、後端部位５ｃの初期温度を第一後端部位温度に設定する。尚、中間部位５ｂの初期温度は、後端部位５ｃの初期温度と同一とする。
【００８２】
Ｓ１０８またはＳ１０９の処理が終了するとＳ１１０へ進む。Ｓ１１０では、Ｓ１０８またはＳ１０９において設定されたフィルタ５の各部位の初期温度に基づいて触媒温度推定手段による触媒温度の推定が行われる。そして、その推定された触媒温度に基づいて、燃料添加弁６からの燃料添加を伴って、触媒温度の上昇が図られ、フィルタ５が触媒活性状態となるか否かが判定される。そして、フィルタ５が触媒活性状態であると判定されると、触媒温度補正手段による推定触媒温度の補正が行われ、本制御を終了する。
【００８３】
尚、本制御が終了すると、フィルタ５は触媒活性状態となり、フィルタ５による排気中のＮＯｘの浄化、粒子状物質の浄化等が行われる。
【００８４】
本制御によると、フィルタ５の触媒温度上昇による触媒活性化にあたって、フィルタ５が触媒半暖機状態か否かによって、触媒温度推定手段による触媒温度の推定の際の初期温度を、フィルタ５の各部位の触媒温度に即した温度に設定する。その結果、実際の触媒温度と推定触媒温度との間に生じる温度差を低減し、フィルタ５の温度上昇制御への悪影響やエミッションへの悪影響を抑制することが可能となる。
【００８５】
次に、図６に示す触媒温度上昇制御について説明する。尚、図６に示す制御フローが行われる内燃機関の排気浄化装置は図１に示すものと同一である。また、図６に示す制御フロー中、図５に示す制御フローの処理と同一の処理については、同一の参照番号を付して、その説明を省略する。
【００８６】
図６に示す制御においては、図５に示す制御のＳ１０２における処理が行われない。そして、Ｓ１０３で内燃機関１が機関始動すると判定されると、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、内燃機関１の機関始動直後の排気温度ｔｈｃｏ２を排気温度センサ７によって検出するとともに、水温センサ１１によって内燃機関１の冷却水温度ｔｈｗを検出する。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２に進む。
【００８７】
Ｓ２０２では、Ｓ２０１で検出した排気温度ｔｈｃｏ２と冷却水温度ｔｈｗとの温度差が所定温度差ΔＴｃより大きいか否かが判定される。内燃機関１が機関停止すると内燃機関１からの熱エネルギーの伝達量が低下するため、該機関停止後、冷却水温度ｔｈｗは、フィルタ５の触媒温度より低温となる。一方で、フィルタ５の後端部位５ｃにはそれより上流側の部位から熱エネルギーが伝播するため、後端部位５ｃの温度低下は緩やかであり、そのため排気温度ｔｈｃｏ２の温度低下も緩やかである。そこで、排気温度ｔｈｃｏ２
と冷却水温度ｔｈｗとの温度差が比較的大きいと、内燃機関１の機関停止後比較的時間が経過しておらず、フィルタ５が触媒半暖機状態である蓋然性が高い。また、排気温度ｔｈｃｏ２と冷却水温度ｔｈｗとの温度差が比較的小さいと、内燃機関１の機関停止後比較的長い時間が経過して、フィルタ５の各部位の触媒温度がほぼ一様となっている蓋然性が高い。そこで、排気温度ｔｈｃｏ２と冷却水温度ｔｈｗとの温度差と基準となる所定温度差ΔＴｃとを比較して、フィルタ５の各部位の触媒温度の状態を判断する。
【００８８】
従って、排気温度ｔｈｃｏ２と冷却水温度ｔｈｗとの温度差が所定温度差ΔＴｃより大きいと判断されるときは、フィルタ５は半暖機状態であると判断し、Ｓ１０９へ進み、先述したＳ１０９におけるフィルタ５の各部位の初期温度の設定が行われる。Ｓ１０９の処理終了後、Ｓ２０３へ進む。また、排気温度ｔｈｃｏ２と冷却水温度ｔｈｗとの温度差が所定温度差ΔＴｃ以下であると判断されるときは、フィルタ５は半暖機状態ではなく、各部位の触媒温度はほぼ一様となっていると判断し、Ｓ１０８へ進み、先述したＳ１０８におけるフィルタ５の各部位の初期温度の設定が行われる。Ｓ１０８の処理終了後、Ｓ２０４へ進む。
【００８９】
Ｓ２０３では、以降に行われるＳ１１０でのフィルタ５の触媒活性状態の判定の基準値となる触媒活性温度をＴｈｃ１に設定する。また、Ｓ２０４では、触媒活性温度をＴｈｃ２に設定する。このとき、Ｔｈｃ１の値はＴｈｃ２の値より小さい。そして、Ｓ２０３またはＳ２０４の処理が終了すると、Ｓ１１０に進み、Ｓ１０８またはＳ１０９、およびＳ２０３またはＳ２０４において設定された各値に基づいて、触媒温度の推定、触媒温度の昇温、フィルタ５の触媒活性状態の判定、推定触媒温度の補正が行われ、本制御を終了する。
【００９０】
本制御によると、フィルタ５の触媒温度上昇による触媒活性化にあたって、フィルタ５が触媒半暖機状態か否かによって、触媒温度推定手段による触媒温度の推定の際の初期温度を、フィルタ５の各部位の触媒温度に即した温度に設定することで、実際の触媒温度と推定触媒温度との間に生じる温度差を低減し、フィルタ５の温度上昇制御への悪影響やエミッションへの悪影響を抑制することが可能となる。更に、フィルタ５が半暖機状態であるときのフィルタ５の触媒活性温度を、フィルタ５が半暖機状態でないときのフィルタ５の触媒活性温度より低温の値とすることで、触媒温度推定手段による触媒温度の推定において初期温度を低温の冷却水温度ｔｈｗを用いることによるフィルタ５の触媒活性の判断までに要する時間を短くすることが可能となる。
【００９１】
但し、Ｓ２０３において触媒活性温度として設定されるＴｈｃ１が過度に低温側に設定されると、フィルタ５の触媒活性状態の判定が正確に行われない可能性が高くなる。そこで、Ｔｈｃ１の値はＳ２０１で検出された排気温度ｔｈｃｏ２、冷却水温度ｔｈｗの値やその他の内燃機関１の機関要素の温度等に基づいて、より適切な値に変動させてもよい。
【実施例２】
【００９２】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の別の実施の形態について、図７に基づいて説明する。図７に、フィルタ５の半暖機状態における前端部位５ａの温度推移（図７中、線Ｌ６で表される）と後端部位５ｃの温度推移（図７中、線Ｌ７で表される）を示す。また、図７には、図４と同様、後端部位温度推定手段による第一後端部位温度の推移（図７中、線Ｌ５で表される）も併せて示す。尚、図７中の横軸および縦軸の表記は、図４と同様である。
【００９３】
ここで、前端部位５ａの温度推移は、図４中線Ｌ３で表される前端部位５ａの温度推移と同様に、触媒温度推定手段によって推定される。尚、その触媒温度推定の際の前端部位５ａの初期温度は、冷却水温度ｔｈｗである。また、図７には中間部位５ｂの温度推移は
示されていないが、図４に示す場合と同様に、初期温度を第一後端部位温度とした上で、触媒温度推定手段による推定が行われる。
【００９４】
次に、後端部位５ｃの温度推移は、図４中線Ｌ４で表される後端部位５ｃの温度推移とは異なる。フィルタ５の触媒温度の上昇を開始してからフィルタ５が触媒活性状態であると判定されるまでの間の後端部位５ｃの触媒温度は、後端部位温度推定手段によって推定される触媒温度とする。そして、フィルタ５が触媒活性状態であると判定されて触媒温度補正手段によって触媒温度が補正された後の後端部位５ｃの触媒温度は、触媒温度推定手段によって推定される触媒温度とする。従って、時間ｔ２から時間ｔ４までの間においては、線Ｌ５と線Ｌ６とは重複する。
【００９５】
ここで、時間ｔ４において、ＥＣＵ２０によってフィルタ５が触媒活性状態となったと判定されるとともに、触媒温度補正手段による温度補正が行われるが、本実施例においては、時間ｔ４の直前までは、線Ｌ５と線Ｌ６とは重複しているため、第一後端部位温度と第二後端部位温度との温度差であるΔＴｐが、ほぼ零に等しい。従って、補正手段による補正量が少なくなり、時間ｔ４以降に発生するフィルタ５の各部位の触媒温度のオーバーシュート量を抑え、より安定したフィルタの昇温を行うことが可能となる。
【００９６】
尚、触媒温度補正手段による温度補正が行われた後、後端部位５ｃの触媒温度は前端部位５ａおよび中間部位５ｂの触媒温度の影響を受けて、その触媒温度は一旦低下する。その後、再び
後端部位５ｃの触媒温度は徐々に上昇し、一定のオーバーシュートをもって、後端部位５ｃの触媒温度は目標となる触媒温度に収束する。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、分割されたフィルタの各部位の触媒温度を算出するための手順を概略的に示した図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の機関停止後のフィルタの前端部位と後端部位の触媒温度の推移を表す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、触媒半暖機状態にあるフィルタの触媒温度を昇温させるときの、フィルタの前端部位と後端部位の推定温度の推移を表す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの触媒温度を上昇させる触媒温度上昇制御のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの触媒温度を上昇させる触媒温度上昇制御の第二のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置において、触媒半暖機状態にあるフィルタの触媒温度を昇温させるときの、フィルタの前端部位と後端部位の推定温度の推移を表す第二の図である。
【符号の説明】
【００９８】
１・・・・内燃機関
３・・・・排気通路
４・・・・酸化触媒
４ａ・・・・前端部位
４ｂ・・・・後端部位
５・・・・フィルタ
５ａ・・・・前端部位
５ｂ・・・・中間部位
５ｃ・・・・後端部位
６・・・・燃料添加弁
７・・・・排気温度センサ
１１・・・・水温センサ
２０・・・・ＥＣＵ
【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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【図７】
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