(57)【要約】    【課題】  エンジンの排気管温度を精度良く推定できるようにする。    【解決手段】  エンジン運転中に、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて補正した受熱側熱伝達係数Ｋinに、排出ガス温度Ｔg と排気管温度Ｔp との差を乗算して排気管受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝を求めると共に、ラジエターファン回転速度と車速とに応じて補正した放熱側熱伝達係数Ｋout に、排気管温度Ｔp と外気温Ｔa との差を乗算して排気管放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝を求め、この排気管受熱量と排気管放熱量と凝縮水吸収熱量Ｈcon と排気管の熱容量Ｃp と演算周期Δｔとを用いて次式により演算周期Δｔ当りの排気管温度変化量ΔＴp を算出する。  ΔＴp ＝｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）−Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）−Ｈcon ｝／Ｃp ×Δｔ  この後、前回の排気管温度推定値Ｔp に今回の排気管温度変化量ΔＴp を加算して今回の排気管温度推定値Ｔp を求める。    【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排出ガスから排気管が受熱する所定時間当りの排気管受熱量と前記排気管から外気へ放熱される所定時間当りの排気管放熱量とに基づいて排気管温度を推定する排気管温度推定手段を備えた内燃機関の排気管温度推定装置において、
前記排気管温度推定手段は、前記排気管受熱量を排出ガス流速に基づいて補正することを特徴とする内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項２】
前記排出ガス流速の代用情報として内燃機関の回転速度を用いることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項３】
内燃機関の排出ガスから排気管が受熱する所定時間当りの排気管受熱量と前記排気管から外気へ放熱される所定時間当りの排気管放熱量とに基づいて排気管温度を推定する排気管温度推定手段を備えた内燃機関の排気管温度推定装置において、
前記排気管温度推定手段は、前記排気管受熱量を排出ガス密度に基づいて補正することを特徴とする内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項４】
前記排出ガス密度の代用情報として排出ガス圧力を排出ガス温度で除算した値を用いることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項５】
前記排出ガス密度の代用情報として排出ガス圧力を用いることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項６】
前記排出ガス圧力として大気圧を用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項７】
前記排出ガス密度の代用情報として排出ガス温度を用いることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項８】
前記排出ガス密度の代用情報として内燃機関の負荷を用いることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項９】
前記内燃機関の負荷として吸気管圧力又はシリンダ充填空気量を用いることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１０】
前記排気管温度推定手段は、前記排出ガスと前記排気管との間の熱伝達係数に、前記排出ガスと前記排気管との温度差を乗算して前記排気管受熱量を求めることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１１】
前記排気管温度推定手段は、前記排気管放熱量を外気流速に基づいて補正することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１２】
前記外気流速の代用情報として内燃機関のラジエターファンの回転速度及び／又は車速を用いることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１３】
前記排気管温度推定手段は、前記排気管放熱量を外気密度に基づいて補正することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１４】
前記外気密度の代用情報として大気圧を外気温で除算した値を用いることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１５】
前記外気密度の代用情報として大気圧を用いることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１６】
前記外気密度の代用情報として外気温又は吸気温を用いることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１７】
前記排気管温度推定手段は、前記排気管と前記外気との間の熱伝達係数に、前記排気管と前記外気との温度差を乗算して前記排気管放熱量を求めることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１８】
内燃機関の排出ガスから排気管が受熱する所定時間当りの排気管受熱量と前記排気管から外気へ放熱される所定時間当りの排気管放熱量とに基づいて所定時間当りの排気管温度変化量を求め、所定の排気管温度初期値に前記排気管温度変化量を積算して排気管温度を推定する排気管温度推定手段を備えた内燃機関の排気管温度推定装置において、
前記排気管温度推定手段は、前回の内燃機関の停止直前に推定した排気管温度推定値と外気温と内燃機関の停止時間とに基づいて内燃機関の始動時の排気管温度を推定し、該始動時の排気管温度推定値を前記排気管温度初期値として採用することを特徴とする内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項１９】
内燃機関の排出ガスから排気管が受熱する所定時間当りの排気管受熱量と前記排気管から外気へ放熱される所定時間当りの排気管放熱量とに基づいて排気管温度を推定する排気管温度推定手段を備えた内燃機関の排気管温度推定装置において、
前記排気管内で生じる凝縮水量を推定する凝縮水量推定手段と、
前記凝縮水量に基づいて該凝縮水に吸収される凝縮水吸収熱量を算出する凝縮水吸収熱量算出手段とを備え、
前記排気管温度推定手段は、前記排気管受熱量と前記排気管放熱量と前記凝縮水吸収熱量とに基づいて前記排気管温度を推定することを特徴とする内燃機関の排気管温度推定装置。
【請求項２０】
前記凝縮水量推定手段は、内燃機関の燃料噴射量と吸入空気量とに基づいて燃焼により発生する水蒸気量を算出し、該水蒸気量と前記排出ガス温度と前記排気管温度とに基づいて前記凝縮水量を推定することを特徴とする請求項１９に記載の内燃機関の排気管温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管温度を推定する内燃機関の排気管温度推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の排出ガスには、燃料と吸入空気の燃焼反応によって生成された水蒸気が含まれており、この水蒸気を含んだ排出ガスが排気管内で冷やされると、排気管内で排出ガス中の水蒸気が凝縮して凝縮水が生じる。しかし、排気管に配置された酸素センサがヒータで加熱されているときに、排気管内で発生した凝縮水が高温の酸素センサに付着すると、センサ素子が割れてしまうことがある。
【０００３】
この対策として、例えば、特許文献１（特開２００２−４８７４９号公報）に記載されているように、内燃機関の排出ガスから排気管に伝達される受熱量と排気管から外気へ伝達される放熱量とに基づいて排気管温度を推定し、その排気管温度推定値が排気管内で凝縮水が発生しない温度になったときに、酸素センサのヒータへの通電を開始するようにしたものがある。
【特許文献１】特開２００２−４８７４９号公報（第５頁〜第６頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の運転状態等の変化によって排出ガスの流速や密度が変化すると、排出ガスから排気管に伝達される単位時間当りの受熱量が変化して、排気管温度の挙動が変化する。しかし、上記特許文献１の技術では、排気管温度を推定する際に、排出ガスの流速や密度について全く考慮されていないため、排出ガスから排気管に伝達される受熱量を精度良く推定することができず、排気管温度を精度良く推定することができないという欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、排気管温度の推定精度を向上させることができる内燃機関の排気管温度推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排出ガスから排気管が受熱する所定時間当りの排気管受熱量と排気管から外気へ放熱される所定時間当りの排気管放熱量とに基づいて排気管温度を推定する内燃機関の排気管温度推定装置において、排気管温度の推定に用いる排気管受熱量を排出ガス流速に基づいて補正するようにしたものである。このようにすれば、排出ガス流速に応じて排出ガスから排気管へ伝達される単位時間当りの受熱量が変化するのに対応して排気管受熱量を補正して排気管受熱量を精度良く求めることができ、排気管受熱量を用いた排気管温度の推定精度を向上させることができる。
【０００７】
この場合、請求項２のように、排出ガス流速の代用情報として内燃機関の回転速度を用いるようにしても良い。内燃機関の回転速度に応じて排出ガス流速が変化するため、内燃機関の回転速度は排出ガス流速の代用情報となる。
【０００８】
また、請求項３のように、排気管温度の推定に用いる排気管受熱量を排出ガス密度に基づいて補正するようにしても良い。このようにすれば、排出ガス密度に応じて排出ガスから排気管へ伝達される単位時間当りの受熱量が変化するのに対応して排気管受熱量を補正して排気管受熱量を精度良く求めることができ、排気管受熱量を用いた排気管温度の推定精度を向上させることができる。
【０００９】
この場合、請求項４のように、排出ガス密度の代用情報として排出ガス圧力を排出ガス温度で除算した値を用いるようにしても良い。
気体の状態方程式より次式（１）の関係を得ることができる。
Ｐg ＝ρg ×Ｒ×Ｔg     ……（１）
ここで、Ｐg は排出ガス圧力、ρg は排出ガス密度、Ｔg は排出ガス温度、Ｒは気体定数である。
【００１０】
更に、上記（１）式より次式（２）の関係を得ることができる。
ρg ＝（Ｐg ／Ｔg ）×（１／Ｒ）    ……（２）
上記（２）式より排出ガス圧力Ｐg を排出ガス温度Ｔg で除算した値（Ｐg ／Ｔg ）に応じて排出ガス密度ρが変化するという関係があるため、排出ガス圧力Ｐg を排出ガス温度Ｔg で除算した値（Ｐg ／Ｔg ）は排出ガス密度ρg の代用情報となる。
【００１１】
また、上記（２）式より、排出ガス圧力Ｐg や排出ガス温度Ｔg に応じて排出ガス密度ρg が変化するという関係があるため、排出ガス圧力と排出ガス温度のうちの一方を排出ガス密度の代用情報として用いるようにしても良い（請求項５，７）。このようにすれば、排出ガス圧力を検出又は推定する手段と、排出ガス温度を検出又は推定する手段のうちの一方を省略した構成とすることができる。
【００１２】
尚、排出ガス量が少ないアイドル運転時等は、排気管に配置された触媒等による圧力損失が無視できる程度に小さくなって、排出ガス圧力が大気圧とほぼ同じになるため、排出ガス圧力として大気圧を用いるようにしても良い（請求項６）。
【００１３】
或は、請求項８のように、排出ガス密度の代用情報として内燃機関の負荷を用いるようにしても良い。この場合、例えば、請求項９のように、内燃機関の負荷として吸気管圧力又はシリンダ充填空気量を用いると良い。内燃機関の負荷（例えば、吸気管圧力やシリンダ充填空気量）に応じて排出ガス量が変化して排出ガス密度が変化するため、内燃機関の負荷は排出ガス密度の代用情報となる。
【００１４】
また、排気管受熱量を求める際には、請求項１０のように、排出ガスと排気管との間の熱伝達係数に、排出ガスと排気管との温度差を乗算して排気管受熱量を求めるようにすると良い。このようにすれば、排気管受熱量を精度良く求めることができる。
【００１５】
一方、請求項１１のように、排気管温度の推定に用いる排気管放熱量を外気流速に基づいて補正するようにしても良い。このようにすれば、外気流速に応じて排気管から外気へ放熱される単位時間当りの放熱量が変化するのに対応して排気管放熱量を補正して排気管放熱量を精度良く求めることができ、排気管放熱量を用いた排気管温度の推定精度を向上させることができる。
【００１６】
この場合、請求項１２のように、外気流速の代用情報として内燃機関のラジエターファンの回転速度及び／又は車速を用いるようにしても良い。内燃機関のラジエターファンの回転速度や車速に応じて排気管周辺の外気流速が変化するため、内燃機関のラジエターファンの回転速度や車速は外気流速の代用情報となる。
【００１７】
また、請求項１３のように、排気管温度の推定に用いる排気管放熱量を外気密度に基づいて補正するようにしても良い。このようにすれば、外気密度に応じて排気管から外気へ放熱される単位時間当りの放熱量が変化するのに対応して排気管放熱量を補正して排気管放熱量を精度良く求めることができ、排気管放熱量を用いた排気管温度の推定精度を向上させることができる。
【００１８】
この場合、請求項１４のように、外気密度の代用情報として大気圧を外気温で除算した値を用いるようにしても良い。
気体の状態方程式より次式（３）の関係を得ることができる。
Ｐa ＝ρa ×Ｒ×Ｔa     ……（３）
ここで、Ｐa は大気圧、ρa は外気密度、Ｔa は外気温である。
【００１９】
更に、上記（３）式より次式（４）の関係が導き出される。
ρa ＝（Ｐa ／Ｔa ）×（１／Ｒ）    ……（４）
上記（４）式より大気圧Ｐa を外気温Ｔa で除算した値（Ｐa ／Ｔa ）に応じて外気密度ρa が変化するという関係があるため、大気圧Ｐa を外気温Ｔa で除算した値（Ｐa ／Ｔa ）は外気密度ρa の代用情報となる。
【００２０】
また、上記（４）式より大気圧Ｐa や外気温Ｔa に応じて外気密度ρa が変化するという関係があるため、大気圧と外気温（又は外気温に応じて変化する吸気温）のうちの一方を外気密度の代用情報として用いるようにしても良い（請求項１５，１６）。このようにすれば、大気圧を検出又は推定する手段と、外気温を検出又は推定する手段のうちの一方を省略した構成とすることができる。
【００２１】
また、排気管放熱量を求める際には、請求項１７のように、排気管と外気との間の熱伝達係数に、排気管と外気との温度差を乗算して排気管放熱量を求めるようにすると良い。このようにすれば、排気管放熱量を精度良く求めることができる。
【００２２】
ところで、所定時間当りの排気管受熱量と排気管放熱量とに基づいて所定時間当りの排気管温度変化量を求め、所定の排気管温度初期値に排気管温度変化量を積算して排気管温度を推定する場合に、内燃機関の始動時の排気管温度が外気温とほぼ同じであると仮定して、外気温を排気管温度初期値として採用することが考えられる。しかし、内燃機関の停止後に排気管温度が外気温まで低下しないうちに再始動する温間始動時には、排気管温度が外気温よりも高いため、外気温を排気管温度初期値として採用すると、排気管温度の推定精度が低下してしまう。
【００２３】
そこで、請求項１８のように、所定時間当りの排気管受熱量と排気管放熱量とに基づいて所定時間当りの排気管温度変化量を求め、所定の排気管温度初期値に排気管温度変化量を積算して排気管温度を推定する場合に、前回の内燃機関の停止直前に推定した排気管温度推定値と外気温と内燃機関の停止時間とに基づいて内燃機関の始動時の排気管温度を推定し、この始動時の排気管温度推定値を排気管温度初期値として採用するようにすると良い。
【００２４】
内燃機関の停止後は、停止直前の排気管温度を初期値として排気管温度が低下していき、その際、外気温が低くなるほど又内燃機関の停止時間が長くなるほど排気管温度が低くなる。このため、前回の内燃機関の停止直前に推定した排気管温度推定値と外気温と内燃機関の停止時間とを用いれば、内燃機関の始動時の排気管温度を精度良く推定することができる。この始動時の排気管温度推定値を排気管温度初期値として採用すれば、内燃機関の停止後に排気管温度が外気温まで低下しないうちに再始動する温間始動時でも、排気管温度を精度良く推定することができる。
【００２５】
また、排気管内に凝縮水が生じている場合には、排出ガスや排気管の熱が凝縮水に吸収されるため、請求項１９のように、排気管内で生じる凝縮水量を推定して、この凝縮水量に基づいて該凝縮水に吸収される凝縮水吸収熱量を算出し、排気管受熱量と排気管放熱量と凝縮水吸収熱量とに基づいて排気管温度を推定するようにしても良い。このようにすれば、凝縮水に吸収される凝縮水吸収熱量の影響も考慮して排気管温度を推定することができ、排気管温度の推定精度を更に向上させることができる。
【００２６】
この場合、請求項２０のように、内燃機関の燃料噴射量と吸入空気量とに基づいて燃焼により発生する水蒸気量を算出し、この水蒸気量と排出ガス温度と排気管温度とに基づいて凝縮水量を推定するようにすると良い。燃料と吸入空気の燃焼反応により発生する水蒸気（排出ガス中の水蒸気）のうち排気管内で凝縮する割合は、排出ガス温度と排気管温度とに応じて変化するため、水蒸気量と排出ガス温度と排気管温度とに基づいて排気管内で生じる凝縮水量を推定すれば、排出ガス温度や排気管温度の影響を考慮して排気管内で生じる凝縮水量を精度良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】
【００２７】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００２８】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８には、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００２９】
一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスのリッチ／リーンを検出するヒータ付きの酸素センサ２６が設けられ、この酸素センサ２６の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２７が設けられている。
【００３０】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３や、エンジン１１のクランク軸が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００３１】
これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２８に入力される。このＥＣＵ２８は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００３２】
また、ＥＣＵ２８は、図示しないＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）のオン後に、後述する図６及び図７の排気管温度推定に関する各プログラムを実行することで排気管温度Ｔp （例えば酸素センサ２６近傍における排気管温度）を推定する。以下、排気管温度Ｔp の推定方法について説明する。
【００３３】
図４のタイムチャートに示すように、ＥＣＵ２８は、エンジン運転中（エンジン始動からＩＧスイッチのオフまでの期間）は、エンジン運転中の推定方法（図２参照）で排気管温度Ｔp を推定し、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオンからエンジン始動までの期間）は、エンジン停止中の推定方法（図３参照）で排気管温度Ｔp を推定する。
【００３４】
図２に示すように、エンジン運転中に排気管温度Ｔp を推定する場合には、まず、排出ガスから排気管２５へ伝達される排気管受熱量を求めるための受熱側熱伝達係数Ｋinと、排気管２５から外気へ放熱される排気管放熱量を求めるための放熱側熱伝達係数Ｋout を算出する。
【００３５】
受熱側熱伝達係数Ｋinを算出する際には、エンジン回転速度（排出ガス流速の代用情報）とエンジン負荷（排出ガス密度の代用情報）とをパラメータとする補正係数αのマップを参照して、現在のエンジン回転速度とエンジン負荷（例えば、吸気管圧力やシリンダ充填空気量）とに応じた補正係数αを算出する。
【００３６】
この補正係数αは、排出ガスと排気管２５との間の受熱側熱伝達係数基本値Ｋin0 を補正するための係数である。補正係数αのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めたエンジン回転速度とエンジン負荷と排気管２５の受熱量との関係を用いて作成され、ＥＣＵ２８のＲＯＭに記憶されている。一般に、エンジン回転速度が高くなって排出ガス流速が速くなるほど単位時間当りの排気管受熱量が多くなり、エンジン負荷（例えば、吸気管圧力やシリンダ充填空気量）が大きくなって排出ガス密度が高くなるほど単位時間当りの排気管受熱量が多くなるため、補正係数αのマップは、エンジン回転速度が高くなるほど補正係数αが大きくなって受熱側熱伝達係数Ｋinが大きくなり、エンジン負荷が大きくなるほど補正係数αが大きくなって受熱側熱伝達係数Ｋinが大きくなるように設定されている。
【００３７】
この後、排出ガスと排気管２５との間の受熱側熱伝達係数基本値Ｋin0 に補正係数αを乗算して受熱側熱伝達係数Ｋinを求める。
【００３８】
Ｋin＝Ｋin0 ×α
また、放熱側熱伝達係数Ｋout を算出する際には、ラジエターファン回転速度と車速（共に外気流速の代用情報）をパラメータとする補正係数βのマップを参照して、現在のラジエターファン回転速度と車速とに応じた補正係数βを算出する。
【００３９】
この補正係数βは、排気管２５と外気との間の放熱側熱伝達係数基本値Ｋout0を補正するための係数である。補正係数βのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めたラジエターファン回転速度と車速と排気管２５の放熱量との関係を用いて作成され、ＥＣＵ２８のＲＯＭに記憶されている。一般に、ラジエターファン回転速度や車速が速くなって排気管２５周辺の外気流速が速くなるほど単位時間当り排気管放熱量が多くなるため、補正係数βのマップは、ラジエターファン回転速度や車速が速くなるほど補正係数βが大きくなって放熱側熱伝達係数Ｋout が大きくなるように設定されている。
【００４０】
この後、排気管２５と外気との間の放熱側熱伝達係数基本値Ｋout0に補正係数βを乗算して放熱側熱伝達係数Ｋout を求める。
Ｋout ＝Ｋout0×β
【００４１】
更に、後述する方法により排気管２５内で生じる凝縮水量Ｍcon を推定し、この凝縮水量推定値Ｍcon に基づいて、排出ガスや排気管２５から凝縮水に吸収される演算周期Δｔ当りの凝縮水吸収熱量Ｈcon を算出する。この機能が特許請求の範囲でいう凝縮水吸収熱量算出手段としての役割を果たす。
【００４２】
このようにして、受熱側熱伝達係数Ｋinと放熱側熱伝達係数Ｋout と凝縮水吸収熱量Ｈcon とを算出した後、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて補正した受熱側熱伝達係数Ｋinに、排出ガス温度Ｔg と排気管温度Ｔp との差（Ｔg −Ｔp ）を乗算して演算周期Δｔ当りの排気管受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝を求める。これにより、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて補正した排気管受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝を求める。
【００４３】
更に、ラジエターファン回転速度と車速とに応じて補正した放熱側熱伝達係数Ｋout に、排気管温度Ｔp と外気温Ｔa との差（Ｔp −Ｔa ）を乗算して演算周期Δｔ当りの排気管放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝を求める。これにより、ラジエターファン回転速度と車速とに応じて補正した排気管放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝を求める。
【００４４】
ここで、排出ガス温度Ｔg は、吸入空気量やエンジン回転速度等に基づいて排出ガス温度Ｔg （例えば酸素センサ２６近傍における排出ガス温度）を推定しても良い。或は、排出ガス温度センサを設けて、該排出ガス温度センサで排出ガス温度Ｔg を検出するようにしても良い。
【００４５】
そして、排気管受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝と排気管放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝と凝縮水吸収熱量Ｈcon と排気管２５の熱容量Ｃp と演算周期Δｔとを用いて次式により演算周期Δｔ当りの排気管温度変化量ΔＴp を算出する。
ΔＴp ＝｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）−Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）−Ｈcon ｝／Ｃp ×Δｔ
【００４６】
この後、前回の排気管温度推定値Ｔp に今回の排気管温度変化量ΔＴp を加算して今回の排気管温度推定値Ｔp を求める（つまり、排気管温度初期値に今回までの排気管温度変化量ΔＴp を積算して今回の排気管温度推定値Ｔp を求める）。
Ｔp ＝Ｔp ＋ΔＴp
【００４７】
この排気管温度推定値Ｔp は、ＥＣＵ２８のバックアップＲＡＭ（書き換え可能な不揮発性メモリ）に記憶される。ＥＣＵ２８のバックアップＲＡＭの記憶データは、ＩＧスイッチがオフされたエンジン停止中も保持される。尚、エンジン再始動時に排気管温度Ｔp を推定する際には、後述するエンジン停止中の推定方法でエンジン始動直前に推定した始動時の排気管温度推定値Ｔp を排気管温度初期値として採用する。
【００４８】
一方、エンジン停止後は、エンジン停止直前の排気管温度を初期値として排気管温度が低下していき、その際、外気温が低くなるほど又エンジン停止時間が長くなるほど排気管温度が低くなる。そこで、図３に示すように、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオンからエンジン始動までの期間）に排気管温度Ｔp を推定する場合には、まず、エンジン停止時間をパラメータとする排気管温度低下割合Ｄのマップを参照して、現在のエンジン停止時間に応じた排気管温度低下割合Ｄを算出する。この排気管温度低下割合Ｄのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めたエンジン停止時間と排気管温度低下割合Ｄとの関係を用いて作成され、ＥＣＵ２８のＲＯＭに記憶されている。例えば、排気管温度低下割合Ｄは、排気管温度推定値Ｔp が一次遅れで外気温Ｔa に収束するように設定されている。
【００４９】
この後、前回のエンジン停止直前の排気管温度推定値Ｔpzと外気温Ｔa との差（Ｔpz−Ｔa ）に排気管温度低下割合Ｄを乗算し、その値を外気温Ｔa に加算して排気管温度推定値Ｔp を求める。
Ｔp ＝（Ｔpz−Ｔa ）×Ｄ＋Ｔa
【００５０】
次に、排気管２５内で生じる凝縮水量Ｍcon の推定方法について説明する。
図５に示すように、単位時間当りの吸入空気量Ｍair [g/s] と単位時間当りの燃料噴射量Ｍfue [g/s] とに基づいて、燃料と吸入空気の燃焼反応により発生する単位時間当りの水蒸気量Ｍwgs [g/s] を算出する。
【００５１】
また、排出ガス温度Ｔg と排気管温度推定値Ｔp とをパラメータとする凝縮割合Ｃのマップを参照して、現在の排出ガス温度Ｔg と排気管温度推定値Ｔp とに応じた凝縮割合Ｃを算出する。この凝縮割合Ｃは、燃料と吸入空気の燃焼反応により発生する水蒸気（排出ガス中の水蒸気）のうち排気管２５内で凝縮する割合である。凝縮割合Ｃのマップは、予め、実験データや設計データ等に基づいて求めた排出ガス温度Ｔg と排気管温度Ｔp と凝縮割合Ｃとの関係を用いて作成され、ＥＣＵ２８のＲＯＭに記憶されている。
【００５２】
この後、水蒸気量Ｍwgs に凝縮割合Ｃと演算周期Δｔとを乗算して演算周期Δｔ当りの凝縮水増加量ΔＭcon [g] を算出する。
ΔＭcon ＝Ｍwgs ×Ｃ×Δｔ
【００５３】
この後、前回の凝縮水量推定値Ｍcon に今回の凝縮水増加量ΔＭcon を加算して今回の凝縮水量推定値Ｍcon [g] を求める。
Ｍcon ＝Ｍcon ＋ΔＭcon
【００５４】
この凝縮水量推定値Ｍcon は、ＥＣＵ２８のバックアップＲＡＭに記憶される。尚、エンジン再始動時に凝縮水量Ｍcon を推定する際には、前回のエンジン停止直前に記憶した凝縮水量推定値Ｍcon （つまり、エンジン停止中に排気管２５内に残留する凝縮水量の推定値）を初期値とする。以上のようにして水蒸気量Ｍwgs と排出ガス温度Ｔg と排気管温度Ｔa とに基づいて凝縮水量Ｍcon を推定する機能が特許請求の範囲でいう凝縮水量推定手段としての役割を果たす。
【００５５】
ところで、アクセル踏み込み等により吸入空気量が増加して排気管２５内を流れる排出ガス量が増加すると、排気管２５内に蓄積された凝縮水が排出ガスによって吹き飛ばされて排気管２５外へ排出される。
【００５６】
そこで、本実施例では、吸入空気量Ｍair が所定値Ｍthを越えたときに、凝縮水量推定値Ｍcon を０にリセットする。或は、吸入空気量Ｍair に応じて凝縮水量推定値Ｍcon を減少させるようにしても良い。これにより、吸入空気量Ｍair が増加して排気管２５内を流れる排出ガス量が増加したときに、排気管２５内に蓄積された凝縮水が排出ガスによって吹き飛ばされて排気管２５外へ排出されるのに対応して、凝縮水量推定値Ｍcon を０にリセット又は減少させる。
【００５７】
以下、ＥＣＵ２８が実行する図６及び図７の排気管温度推定に関する各プログラムの処理内容を説明する。
【００５８】
［排気管温度初期値設定］
図６に示す排気管温度初期値設定プログラムは、ＩＧスイッチがオフからオンに切り換えられたときに１回だけ実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、ＥＣＵ２８のバックアップＲＡＭに記憶された排気管温度推定値Ｔp の記憶データが正常であるか否かを、例えば、排気管温度推定値Ｔp の記憶データが所定の正常範囲内であるか否かによって判定する。
【００５９】
このステップ１０１で、排気管温度推定値Ｔp の記憶データが正常であると判定された場合には、ステップ１０２に進み、排気管温度推定フラグＸＴＰが、排気管温度推定済みを意味する「１」にセットされているか否かを判定し、排気管温度推定フラグＸＴＰが「１」にセットされていれば、そのまま本プログラムを終了する。
【００６０】
これに対して、上記ステップ１０１で排気管温度推定値Ｔp の記憶データが異常であると判定された場合、又は、上記ステップ１０２で排気管温度推定フラグＸＴＰが「０」であると判定された場合には、ステップ１０３に進み、排気管温度推定値Ｔp の初期値として外気温Ｔa を設定する。
Ｔp ＝Ｔa
【００６１】
［排気管温度推定］
図７に示す排気管温度推定プログラムは、ＥＣＵ２８の電源オン中に所定周期Δｔで実行され、特許請求の範囲でいう排気管温度推定手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、ステップ２０１で、エンジン運転中（エンジン回転中）であるか否かを判定する。その結果、エンジン運転中であると判定された場合には、ステップ２０２に進み、エンジン運転中の推定方法で排気管温度Ｔp を推定する。この場合、図２に示すように、まず、補正係数αのマップを参照して、現在のエンジン回転速度とエンジン負荷（例えば、吸気管圧力やシリンダ充填空気量）とに応じた補正係数αを算出し、この補正係数αを受熱側熱伝達係数基本値Ｋin0 に乗算して受熱側熱伝達係数Ｋinを求める。
Ｋin＝Ｋin0 ×α
【００６２】
この後、補正係数βのマップを参照して、現在のラジエターファン回転速度と車速とに応じた補正係数βを算出し、この補正係数βを放熱側熱伝達係数基本値Ｋout0に乗算して放熱側熱伝達係数Ｋout を求める。
Ｋout ＝Ｋout0×β
この後、凝縮水量推定値Ｍcon に基づいて、排出ガスや排気管２５から凝縮水に吸収される凝縮水吸収熱量Ｈcon を算出する。
【００６３】
この後、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて補正した受熱側熱伝達係数Ｋinに、排出ガス温度Ｔg と排気管温度Ｔp との差（Ｔg −Ｔp ）を乗算して演算周期Δｔ当りの排気管受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝を求めることで、エンジン回転速度とエンジン負荷とに応じて補正した排気管受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝を求める。
【００６４】
更に、ラジエターファン回転速度と車速とに応じて補正した放熱側熱伝達係数Ｋout に、排気管温度Ｔp と外気温Ｔa との差（Ｔp −Ｔa ）を乗算して演算周期Δｔ当りの排気管放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝を求めることで、ラジエターファン回転速度と車速とに応じて補正した排気管放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝を求める。
【００６５】
この後、排気管受熱量｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）｝と排気管放熱量｛Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）｝と凝縮水吸収熱量Ｈcon と排気管２５の熱容量Ｃp と演算周期Δｔとを用いて次式により演算周期Δｔ当りの排気管温度変化量ΔＴp を算出する。
ΔＴp ＝｛Ｋin×（Ｔg −Ｔp ）−Ｋout ×（Ｔp −Ｔa ）−Ｈcon ｝／Ｃp ×Δｔ
【００６６】
この後、前回の排気管温度推定値Ｔp に今回の排気管温度変化量ΔＴp を加算して今回の排気管温度推定値Ｔp を求める（つまり、排気管温度初期値に今回までの排気管温度変化量ΔＴp を積算して今回の排気管温度推定値Ｔp を求める）。
Ｔp ＝Ｔp ＋ΔＴp
尚、エンジン再始動時に排気管温度Ｔp を推定する際には、エンジン停止中の推定方法でエンジン始動直前に推定した始動時の排気管温度推定値Ｔp を排気管温度初期値として採用する。
【００６７】
以上のようにしてエンジン運転中の推定方法で排気管温度Ｔp を推定した後、ステップ２０３に進み、排気管温度推定値Ｔp をＥＣＵ２８のバックアップＲＡＭに記憶し、次のステップ２０４で、排気管温度推定フラグＸＴＰを「１」にセットしてバクアップＲＡＭに記憶する。
【００６８】
一方、上記ステップ２０１で、エンジン停止中であると判定された場合には、ステップ２０５に進み、エンジン停止中の推定方法で排気管温度Ｔp を推定する。この場合、図３に示すように、まず、排気管温度低下割合Ｄのマップを参照して、現在のエンジン停止時間に応じた排気管温度低下割合Ｄを算出する。この後、前回のエンジン停止直前の排気管温度推定値Ｔpzと外気温Ｔa との差（Ｔpz−Ｔa ）に排気管温度低下割合Ｄを乗算し、その値を外気温Ｔa に加算して排気管温度推定値Ｔp を求める。
Ｔp ＝（Ｔpz−Ｔa ）×Ｄ＋Ｔa
【００６９】
以上説明した本実施例では、排気管温度Ｔp の推定に用いる排気管受熱量を、排出ガス流速の代用情報であるエンジン回転速度と排出ガス密度の代用情報であるエンジン負荷とに応じて補正するようにしたので、排出ガス流速や排出ガス密度に応じて排出ガスから排気管２５へ伝達される単位時間当りの受熱量が変化するのに対応して排気管受熱量を補正して排気管受熱量を精度良く求めることができ、排気管受熱量を用いた排気管温度Ｔp の推定精度を向上させることができる。
【００７０】
更に、本実施例では、排気管温度Ｔp の推定に用いる排気管放熱量を、外気流速の代用情報であるラジエターファン回転速度と車速とに応じて補正するようにしたので、外気流速に応じて排気管２５から外気へ放熱される単位時間当りの放熱量が変化するのに対応して排気管放熱量を補正して排気管放熱量を精度良く求めることができ、排気管放熱量を用いた排気管温度の推定精度を向上させることができる。
【００７１】
ところで、エンジン始動時の排気管温度が外気温とほぼ同じであると仮定して、外気温を排気管温度初期値として採用し、この排気管温度初期値に排気管温度変化量を積算して排気管温度を推定するようにしたものがある。しかし、エンジン停止後に排気管温度が外気温まで低下しないうちに再始動する温間始動時には、排気管温度が外気温よりも高いため、外気温を排気管温度初期値として採用すると、排気管温度の推定精度が低下してしまう。
【００７２】
その点、本実施例では、エンジン停止中（ＩＧスイッチのオンからエンジン始動までの期間）に、前回のエンジン停止直前の排気管温度推定値Ｔpzと外気温Ｔa とエンジン停止時間とに基づいて排気管温度推定値Ｔp を求め、エンジン運転中（エンジン始動からＩＧスイッチのオフまでの期間）には、エンジン停止中の推定方法でエンジン始動直前に推定した始動時の排気管温度推定値Ｔp を排気管温度初期値として採用し、その始動時の排気管温度推定値Ｔp に排気管温度変化量ΔＴp を積算して排気管温度推定値Ｔp を求めるようにしたので、エンジン停止後に排気管温度が外気温まで低下しないうちに再始動する温間始動時でも、排気管温度Ｔp を精度良く推定することができる。
【００７３】
更に、本実施例では、排気管２５内で生じる凝縮水量に基づいて該凝縮水に吸収される凝縮水吸収熱量を算出し、排気管受熱量と排気管放熱量と凝縮水吸収熱量とに基づいて排気管温度Ｔp を推定するようにしたので、凝縮水に吸収される凝縮水吸収熱量の影響も考慮して排気管温度Ｔp を推定することができ、排気管温度Ｔp の推定精度を更に向上させることができる。
【００７４】
尚、上記実施例では、排出ガス流速の代用情報であるエンジン回転速度に応じて排気管受熱量を補正するようにしたが、排出ガス流速を推定又は検出して排出ガス流速の推定値又は検出値に応じて排気管受熱量を補正するようにしても良い。
【００７５】
また、上記実施例では、排出ガス密度の代用情報であるエンジン負荷に応じて排気管受熱量を補正するようにしたが、排出ガス密度の代用情報として排出ガス圧力Ｐg を排出ガス温度Ｔg で除算した値（Ｐg ／Ｔg ）を用い、排出ガス圧力Ｐg を排出ガス温度Ｔg で除算した値（Ｐg ／Ｔg ）に応じて排気管受熱量を補正するようにしても良い。気体の状態方程式より排出ガス圧力Ｐg を排出ガス温度Ｔg で除算した値（Ｐg ／Ｔg ）に応じて排出ガス密度ρが変化するという関係があるため、排出ガス圧力Ｐg を排出ガス温度Ｔg で除算した値（Ｐg ／Ｔg ）は排出ガス密度ρg の代用情報となる。
【００７６】
更に、気体の状態方程式より排出ガス圧力Ｐg や排出ガス温度Ｔg に応じて排出ガス密度ρg が変化するという関係があるため、排出ガス圧力Ｐg と排出ガス温度Ｔg のうちの一方を排出ガス密度ρg の代用情報として用い、排出ガス圧力Ｐg と排出ガス温度Ｔg のうちの一方に応じて排気管受熱量を補正するようにしても良い。このようにすれば、排出ガス圧力を検出又は推定する手段と、排出ガス温度を検出又は推定する手段のうちの一方を省略した構成の場合でも対応できる。
【００７７】
尚、排出ガス量が少ないアイドル運転時等は、排気管２５に配置された触媒２７等による圧力損失が無視できる程度に小さくなって、排出ガス圧力が大気圧とほぼ同じになるため、排出ガス圧力として大気圧を用いるようにしても良い。
また、排出ガス密度を推定又は検出して排出ガス密度の推定値又は検出値に応じて排気管受熱量を補正するようにしても良い。
【００７８】
また、上記実施例では、外気流速の代用情報であるラジエターファン回転速度と車速とに応じて排気管放熱量を補正するようにしたが、ラジエターファン回転速度と車速のうちの一方のみに応じて排気管放熱量を補正するようにしても良い。また、外気流速を推定又は検出して外気流速の推定値又は検出値に応じて排気管放熱量を補正するようにしても良い。
【００７９】
また、外気密度の代用情報として大気圧Ｐa を外気温Ｔa で除算した値（Ｐa ／Ｔa ）を用い、大気圧Ｐa を外気温Ｔa で除算した値（Ｐa ／Ｔa ）に応じて排気管放熱量を補正するようにしても良い。気体の状態方程式より大気圧Ｐa を外気温Ｔa で除算した値（Ｐa ／Ｔa ）に応じて外気密度ρa が変化するという関係があるため、大気圧Ｐa を外気温Ｔa で除算した値（Ｐa ／Ｔa ）は外気密度ρa の代用情報となる。
【００８０】
更に、気体の状態方程式より大気圧Ｐa や外気温Ｔa に応じて外気密度ρa が変化するという関係があるため、大気圧Ｐa と外気温Ｔa （又は外気温に応じて変化する吸気温）のうちの一方を外気密度ρa の代用情報として用い、大気圧Ｐa と外気温Ｔa （又は外気温に応じて変化する吸気温）のうちの一方に応じて排気管放熱量を補正するようにしても良い。このようにすれば、大気圧を検出又は推定する手段と、外気温を検出又は推定する手段のうちの一方を省略した構成の場合でも対応できる。
【００８１】
また、外気密度を推定又は検出して外気密度の推定値又は検出値に応じて排気管放熱量を補正するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】エンジン運転中の排気管温度の推定方法を説明するためのブロック図である。
【図３】エンジン停止中の排気管温度の推定方法を説明するためのブロック図である。
【図４】エンジン運転中とエンジン停止中の排気管温度の推定方法を説明するためのタイムチャートである。
【図５】凝縮水量の推定方法を説明するためのブロック図である。
【図６】排気管温度初期値設定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】排気管温度推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８３】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…エアフローメータ、１６…スロットルバルブ、１９…吸気管圧力センサ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…冷却水温センサ、２４…クランク角センサ、２５…排気管、２８…ＥＣＵ（排気管温度推定手段，凝縮水量推定手段，凝縮水吸収熱量算出手段）
【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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