(57)【要約】【課題】本発明は、高い精度で、様々な温度変化の要因を受ける触媒全体の温度の推定を可能にした触媒代表温度推定方法を提供する。【解決手段】本発明の触媒代表温度推定方法は、排ガス浄化用触媒２へ流入される排気ガスの温度を検出する入口排気ガス温度センサ３と、排ガス浄化用触媒２から流出される排気ガスの温度を検出する出口排気ガス温度センサ４とを設ける。そして、入口排気ガス温度センサ３からのセンサ値と出口排気ガス温度センサ４からのセンサ値とを出口側排気ガス温度センサ４のセンサ値の重み付けを大きくして加重平均させて瞬時触媒代表温度Ｔcat′を算出する。続いて、求めた瞬時触媒代表温度値Ｔcat′と１ステップ前の瞬時触媒代表温度Ｔcatn-1とを加重平均させて、現在の触媒代表温度Ｔcatを推定するようにした。【選択図】      図３
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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た排ガス浄化用触媒の入口側に、当該触媒へ流入される排気ガスの温度を検出する入口排気ガス温度センサを設け、前記排ガス浄化用触媒の出口側に、当該触媒から流出される排気ガスの温度を検出する出口排気ガス温度センサを設け、前記入口排気ガス温度センサで検出されたセンサ値と前記出口排気ガスセンサで検出されたセンサ値とを、逐次、出口排気ガスセンサのセンサ値の重み付けを大きくして加重平均させ、その結果を排ガス浄化用触媒の代表温度とすることを特徴とする触媒代表温度推定方法。
【請求項２】
さらに、前記加重平均させた後、現在求めた加重平均のセンサ値と前回求めた加重平均のセンサ値とを加重平均させて、その結果を触媒の代表温度とすることを特徴とする請求項１に記載の触媒代表温度推定方法。
【請求項３】
さらに、前記入口排気ガス温度センサで排気ガス温度の検出が行えないときは、出口排気ガス温度センサのセンサ値のみを排ガス浄化用触媒の代表温度推定に使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の触媒代表温度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられる排ガス浄化用触媒の代表温度を推定する触媒代表温度推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載されるエンジン（内燃機関）では、排ガス対策として、エンジンの排気通路に排ガス浄化用触媒を設けて、排気ガス中に含まれる有害な成分を浄化させている。
【０００３】
こうした排ガスの浄化をエンジン運転状態や触媒の状況に応じて良好に進めるのには、触媒温度を用いて制御することは不可欠である。特にＮＯｘ吸蔵触媒は、適切に吸蔵されたＮＯｘ量や還元の具合を管理（ＮＯｘ吸蔵量の推定など）するために、触媒全体を代表する温度が必要とされる。
【０００４】
こうした触媒の制御に用いられる触媒温度は、従来、ａ．触媒の内部に温度センサを差し込んで触媒温度を検出したり、ｂ．温度センサを用いて、触媒の入口側温度と出口側温度とを個別に間接的に算出したり直接的に検出したりして得ている（例えば特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平１０−１９６４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、触媒の各部温度は、化学反応の進行具合などにより異なる。
【０００６】
このため、上記ａ．のように温度センサで検出しても、検出される温度は触媒自身の局所的な温度、すなわち触媒全体の温度分布のうち一部分の温度を示しているだけので、触媒全体の温度を代表していない。このため、ＮＯｘ吸蔵触媒のような高い精度のＮＯｘ吸蔵量の管理（ＮＯｘ吸蔵量の推定など）制御に必要とする温度値には適さない。また上記ｂ．のように触媒入口側温度や触媒出口側温度を得ても、触媒前後の局所的な温度値なので、同様に触媒全体を代表する温度値には乏しく、高い精度が求められるＮＯｘ吸蔵量の管理制御に必要とする温度値には適さない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高い精度で、様々な温度変化の要因を受ける触媒全体の代表温度の推定を可能にした触媒代表温度推定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、排ガス浄化用触媒へ流入される排気ガスの温度を検出する入口排気ガス温度センサと、該触媒から流出される排気ガスの温度を検出する出口排気ガス温度センサとを設け、入口排気ガス温度センサからのセンサ値と出口排気ガス温度センサからのセンサ値とを、逐次、出口排気ガスセンサのセンサ値の重み付けを大きくして加重平均させて、その結果を排ガス浄化用触媒の代表温度とした。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記目的に加え、さらに排ガス浄化用触媒の熱容量も考慮に入れた高精度の触媒代表温度を得るために、請求項１の加重平均させた後、現在求めた加重平均のセンサ値と前回求めた加重平均のセンサ値とを加重平均させて、その結果を排ガス浄化用触媒の代表温度とした。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記目的に加え、さらに入口排気ガス温度センサが故障したときのフェールセーフとするために、入口排気ガス温度センサで排気ガス温度の検出が行えないときは、出口排気ガス温度センサのセンサ値のみを排ガス浄化用触媒の代表温度推定に使用することにある。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、触媒入口に流入される排気ガス温度の挙動がもたらすエンジンの負荷変動に伴う急激な排気ガス温度の温度変化の情報と、触媒出口から流出する排気ガス温度の挙動がもたらす排ガス浄化用触媒による化学反応熱の変化の情報とを考慮し、さらに排ガス浄化用触媒の化学反応の影響が最も大きいことを考慮した重みづけ加重平均により、排ガス浄化用触媒の全体を代表する温度が推定できる。
【００１２】
したがって、高い精度で、様々な温度変化の要因を受ける触媒全体の温度推定ができる。特に高い精度下での制御、例えばＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵ＮＯｘ量の管理制御に用いるのには有効である。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、さらに現在求めた加重平均のセンサ値と前回求めた加重平均のセンサ値とを加重平均させることにより、排ガス浄化用触媒の熱容量（例えば触媒が冷めやすいか否かなど）の特性も考慮されるので、一層、高精度な触媒代表温度の推定ができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、さらに上記効果に加え、たとえ入口排気ガス温度センサが故障した場合でも、精度的には劣るものの、最も重要な化学反応の情報を含む出口排気ガス温度センサからの出力のみを一時的に排ガス浄化用触媒の代表温度推定に使用することで、高いフェールセーフ性をもたらすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
以下、本発明を図１および図２に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
【００１６】
図１中１は、自動車（車両）に搭載された内燃式エンジンの排気マニホールド（図示しない）に接続された排気通路、２は該排気通路１の途中に介装された排ガス浄化用の触媒、例えばＮＯｘ吸蔵触媒である。なお、ＮＯｘ吸蔵触媒２は、流入する排ガスの空燃比がリーンのときは、排気中のＮＯｘが吸蔵され、流入する排ガスの空燃比がリッチのときは、排ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯなどと反応して還元させる機能をもつ。
【００１７】
ＮＯｘ吸蔵触媒２の入口側には、該触媒２へ流入される排気ガスの温度を検出する入口排気ガス温度センサ３が設けあり、ＮＯｘ吸蔵触媒２の出口側には、該触媒２から流出される排気ガスの温度を検出する出口排気ガス温度センサ４が設けてある。そして、演算処理部で構成される触媒代表温度推定部５によって、両温度センサ３，４から出力される排ガスの温度値から、同ＮＯｘ吸蔵触媒２の全体を代表する温度を推定して、その結果を例えば吸蔵ＮＯｘを還元するためのリッチ運転制御系へ出力し、吸蔵ＮＯｘ量の推定に用いられるようにしている。
【００１８】
そして、触媒全体を代表する温度を推定する処理に本実施形態の触媒代表温度推定方法が適用されている。
【００１９】
ここで、通常、触媒は、エンジンからの排気ガスが流入されると、排気中に含まれる有害成分が触媒上で化学反応して浄化（ＮＯｘ吸蔵触媒２ではリーン時にＮＯｘが吸蔵され、リッチ時に還元される）される。このとき触媒温度の変化の挙動は、エンジンの負荷変動による急激な入口排気ガスの温度変化に影響されたり、触媒上の化学反応熱、排気ガス流量に影響されたりする。しかも、最も化学反応熱の影響が大きい。
【００２０】
こうした温度変化の要因を考慮して、本実施形態では触媒全体を代表する温度を得るべく、触媒代表温度推定部５には、つぎの与式（１）、すなわち入口排気ガス温度センサ３で検出された温度（センサ値）と出口排気ガス温度センサ４で検出された温度（センサ値）とを、逐次、出口排気ガス温度センサ４のセンサ値の重み付けを大きくして加重平均させる式が設定してある。そして、その演算の結果を触媒の瞬時代表温度として、リッチ運転制御系へ出力するようにしてある。
【００２１】
Ｔcat′＝（１−ｎ）・Ｔgin＋ｎ・Ｔgout  …（１）
但し、Ｔcat′：瞬時触媒代表温度推定値、Ｔgin：触媒入口排気ガス温度センサ値、Ｔgout：触媒出口排気ガス温度センサ値、ｎ：定数（０．５＜ｎ≦１）。
【００２２】
この瞬時触媒代表温度を推定する方法が図２のフローチャートに示されている。このフローチャート、並びに与式（１）を参照して、触媒代表温度を推定する方法を説明すると、エンジン１から排出された例えばリーンの排気ガスが、ＮＯ吸蔵触媒２を通過する際、ＮＯｘ吸蔵触媒２により、化学反応によって排気中に含まれるＮＯｘが吸蔵されて除かれるとする。
【００２３】
ここで、ＮＯｘ吸蔵触媒２の全体の温度は、様々な温度変化の要因を受けた結果の表れである。触媒の温度変化をもたらす要因には、上記のようなエンジン運転がもたらす負荷変動による急激な排気ガスの温度変化や、触媒上の化学反応熱、触媒を通過する排気ガスの流量の変化などが挙げられる。
【００２４】
このとき、負荷変動による排気ガスの温度変化は、ＮＯｘ吸蔵触媒２に流入される排気ガスの温度からわかる。また触媒上の化学反応熱、排気ガス流量の変化などが要因の触媒の温度変化は、ＮＯｘ吸蔵触媒２から流出される排気ガスの温度からわかる。
【００２５】
そうした根拠にもとづき、図２中のステップＳ１は、入口排気ガス温度センサ３からＮＯｘ吸蔵触媒２に流入される排気ガスの温度を検出し、出口排気ガス温度センサ４からＮＯｘ吸蔵触媒２から流出された排気ガスの温度を検出する内容としている。
【００２６】
ここで、触媒上で化学反応によって生ずる反応熱は、温度変化要因の中で最も大きな要素なので、単純に入・出口排気ガス温度を平均しただけでは、触媒全体の温度とは認められない。
【００２７】
そこで、図２中のステップＳ２および与式（１）に示されるように、こうした影響度を考慮すべく、入口側の排気温度よりも出口側の排気温度の重みづけ（０．５＜ｎ≦１）を大きくして、入口排気ガス温度と出口排気ガス温度とを加重平均させている。そして、求まる温度値から、その検出時点における触媒の代表温度、すなわち瞬時触媒代表温度値を推定させている。なお、重みづけ定数ｎは、エンジン機種、触媒の種類、配置やサイズなどにより異なる。
【００２８】
こうした様々な温度変化要因を考慮して行われる触媒代表温度の推定により、高い精度で触媒全体の温度が推定できる。特に触媒全体を代表する温度は、高い精度下での制御、例えばＮＯｘ吸蔵触媒２の吸蔵ＮＯｘ量を管理する等の制御には有効である。しかも、触媒全体の代表温度は、与式（１）に示されるような簡便式による演算でよく、制御系（ＥＣＵなど）の負担は少ない。
【００２９】
［第２の実施形態］
図３〜図５は、本発明の第２の実施形態を示す。
【００３０】
第２の実施形態は、第１の実施形態の変形例で、さらに高い精度で触媒全体の温度の推定が行えるように触媒の熱容量を考慮して触媒代表温度を推定したり、２つの温度センサのうち入口排気ガス温度センサ３が故障しても、触媒代表温度の推定機能が確保されるようにしたものである。
【００３１】
すなわち、高精度の触媒代表温度を確保する工夫には、逐次、入口排気ガス温度と出口ガス温度とを加重平均（ステップＳ２）した後、つぎの与式（２）を用いた演算および図４中のステップＳ３の演算処理内容に示されるように、今回求めた瞬時触媒代表温度推定値とその１ステップ前（前回）に求めた触媒代表温度推定値とを加重平均させることで、前回から今回までの間の触媒状況を考慮するという、触媒の熱容量（例えば触媒が冷めやすいのか否かなど）までを考慮して、一層、高精度の触媒代表温度の推定が行えるようにしたものである。
【００３２】
Ｔcat＝（１−ｍ）・Ｔcatn-1＋ｍ・Ｔcat′  …（２）
但し、Ｔcat：触媒代表温度推定値、Ｔcatn-1：１ステップ前の触媒代表温度推定値、Ｔcat′：瞬時触媒代表温度推定値、ｍ：定数（０＜ｍ≦１）。
【００３３】
このようにして触媒代表温度を推定すると、図５の線図中の太一点鎖線に示されるように入口排気ガスの急激な温度変化や反応熱の影響を受けた出口排気ガス温度の挙動や触媒の熱容量を考慮した特性をたどる高い精度の温度値を得ることができる。なお、定数ｍは、エンジン機種、触媒の種類、配置やサイズなどにより異なる。
【００３４】
一方、温度センサのうち入口排気ガス温度センサ３が故障したときのフェールセーフには、図４中のステップＳ４に示されるように入口排気ガス温度センサ３が故障したと判定したら、図５の線図に示されるように出口排気ガス温度の挙動が、触媒代表温度推定値の挙動に似通った履歴をたどるということ、すなわち精度的には劣るが化学反応の情報をもつことを利用して、ステップＳ５に示されるように出口排気ガス温度値のみを触媒代表温度推定に利用する処理を施したものである。具体的には、出口排気ガス温度値のみを触媒代表温度推定に利用するために、ステップＳ５では、ｎ＝１、ｍ＝ｍ′なる定数を用いて、与式（１），（２）を演算して、出口排気ガス温度のみで触媒全体を代表する温度を推定するルーチンが用いてある。
【００３５】
こうした一時的に触媒の代表温度推定に単独で使用できる出口排気ガス温度は、最も重要な触媒の化学反応熱の情報を多く含むから、故障時でも、ある程度の精度を有する触媒代表温度の推定機能を確保でき、これによりフェールセーフ性の向上が図れる。
【００３６】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した実施形態は、ＮＯｘ吸蔵触媒を用いた例を挙げたが、これに限らず、他の触媒を用いた場合でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気浄化装置の触媒周辺の構成を示す図。
【図２】触媒全体を代表する温度の推定を行う手順を説明するためのフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る排気浄化装置の触媒周辺の構成を示す図。
【図４】触媒全体を代表する温度の推定を行う手順、入口排気ガス温度センサが故障したときのフェールセーフを説明するためのフローチャート。
【図５】入口排気ガス温度、出口排気ガス温度、触媒代表推定温度を対比して示す線図。
【符号の説明】
【００３８】
１…排気通路、２…触媒、３…入口排気ガス温度センサ、４…出口排気ガス温度センサ、５…触媒代表温度推定部。
【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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