(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気中のＮＯｘ濃度、空燃比、ガス流量に対応する機関回転数又は吸入新気量をそれぞれ検出する手段と、
検出された空燃比、及び、ガス流量に対応する機関回転数又は吸入新気量に基づいて、排気温度基本値を演算し、空燃比がリッチであるほど、また機関回転数又は吸入新気量が大きくなるほど、排気温度基本値を大きくする排気温度基本値演算手段と、
検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、前記排気温度基本値に対する補正値を演算し、ＮＯｘ濃度が低くなるほど、補正値を大きくする補正値演算手段と、
前記排気温度基本値に、前記補正値を乗じて、排気温度を演算する排気温度推定手段と、
を含んで構成される内燃機関の排気温度検出装置。
【請求項２】
前記補正値演算手段は、検出されたＮＯｘ濃度、及び、ガス流量に対応する吸入新気量又は機関回転数に基づいて、補正値を演算し、ＮＯｘ濃度が低くなるほど、また吸入新気量又は機関回転数が大きくなるほど、補正値を大きくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気温度検出装置。
【請求項３】
ターボ過給機を備え、排気タービン下流側の排気温度を推定する場合に、排気タービンでの熱交換による排気温度の降下分に基づいて、前記排気温度推定手段で推定した排気温度を補正する手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気温度検出装置。
【請求項４】
排気浄化装置を備え、排気浄化装置の入口側温度を推定する場合に、排気浄化装置までの排気通路での放熱量に基づいて、前記排気温度推定手段で推定した排気温度を補正する手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気温度検出装置。
【請求項５】
排気浄化装置を備え、排気浄化装置の表面温度を推定する場合に、排気浄化装置までの排気通路での放熱量及び排気浄化装置自体での放熱量に基づいて、前記排気温度推定手段で推定した排気温度を補正する手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気温度検出装置。
【請求項６】
排気中のＮＯｘ濃度と共に空燃比を検出可能なＮＯｘセンサを備えることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気温度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の制御系で排気温度が必要となる場合、排気通路に排気温度センサを配置し、この排気温度センサの出力信号を用いて制御することが一般的であるが、特願２００１−２９１７５号（特に段落番号００２６）では、排気温度センサを配置せず、燃料噴射量と機関回転数とから排気温度を推定している。
【０００３】
これは噴射された燃料がトルク（駆動力）に変換される際に、トルクに変換されずに残った燃料が熱に変換されるといった考えに基づくものであり、燃料噴射量と機関回転数とで任意の時間における排気温度を推定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の技術は、燃焼室内の燃焼温度を考慮していなかったため、排気温度推定時の燃焼温度の差分がそのまま排気温度の推定誤差となるといった問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、燃焼室内の燃焼温度を考慮して、より正確な排気温度推定を可能とすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１の発明では、内燃機関の排気中のＮＯｘ濃度、空燃比、ガス流量に対応する機関回転数又は吸入新気量をそれぞれ検出する手段と、検出された空燃比、及び、ガス流量に対応する機関回転数又は吸入新気量に基づいて、排気温度基本値を演算し、空燃比がリッチであるほど、また機関回転数又は吸入新気量が大きくなるほど、排気温度基本値を大きくする排気温度基本値演算手段と、検出されたＮＯｘ濃度に基づいて、前記排気温度基本値に対する補正値を演算し、ＮＯｘ濃度が低くなるほど、補正値を大きくする補正値演算手段と、前記排気温度基本値に、前記補正値を乗じて、排気温度を演算する排気温度推定手段とにより、内燃機関の排気温度検出装置を構成する。
【０００７】
請求項２の発明では、前記補正値演算手段は、検出されたＮＯｘ濃度、及び、ガス流量に対応する吸入新気量又は機関回転数に基づいて、補正値を演算し、ＮＯｘ濃度が低くなるほど、また吸入新気量又は機関回転数が大きくなるほど、補正値を大きくすることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明では、ターボ過給機を備え、排気タービン下流側の排気温度を推定する場合に、排気タービンでの熱交換による排気温度の降下分に基づいて、前記排気温度推定手段で推定した排気温度を補正する手段を備えることを特徴とする。
請求項４の発明では、排気浄化装置を備え、排気浄化装置の入口側温度を推定する場合に、排気浄化装置までの排気通路での放熱量に基づいて、前記排気温度推定手段で推定した排気温度を補正する手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明では、排気浄化装置を備え、排気浄化装置の表面温度を推定する場合に、排気浄化装置までの排気通路での放熱量及び排気浄化装置自体での放熱量に基づいて、前記排気温度推定手段で推定した排気温度を補正する手段を備えることを特徴とする。
請求項６の発明では、排気中のＮＯｘ濃度と共に空燃比を検出可能なＮＯｘセンサを備えることを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、燃料がトルクに変換される効率である燃費率と、燃焼室内の燃焼温度とを考慮して、排気温度を精度良く推定することができる。すなわち、燃費率との相関が強い空燃比と、ガス流量に対応する機関回転数又は吸入新気量とを用いて、排気温度基本値を演算し、燃焼温度との相関が強い（燃焼温度の上昇によりＮＯｘ濃度が増加し、ＮＯｘ濃度が大きいほど燃焼温度が高くなる）ＮＯｘ濃度を用いて、前記排気温度基本値に対する補正値を演算することで、排気温度を精度良く推定することができる。従って、過渡的な排気温度の変化を精度良く検出でき、かつ、排気中の特定成分の濃度の変化は環境変化（気圧変化等）の影響も含まれるため、環境変化による排気温度の変化も検出できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、前記補正値の演算に際し、ＮＯｘ濃度の他、ガス流量に対応する吸入新気量又は機関回転数を用いることで、より精度良く補正することができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、ターボ過給機を備える場合に、排気タービンでの熱交換による排気温度の降下分を考慮することで、排気タービン下流側の排気温度を応答良く高い精度で推定することができる。
請求項４の発明によれば、排気浄化装置の入口側温度を応答良く高い精度で推定することができる。
【００１３】
請求項５の発明によれば、排気浄化装置の表面温度を応答良く高い精度で推定することができる。
請求項６の発明によれば、１つのＮＯｘセンサで排気中のＮＯｘ濃度と共に空燃比を検出することで、コストアップを抑制できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には、外気を取入れるエアクリーナ３の下流側に、可変ノズル型のターボ過給機４の吸気コンプレッサ５が設けられている。このターボ過給機４は、排気通路１２に介装されて排気のエネルギーにより回転駆動される排気タービン１５と、これに同軸結合されて回転駆動される吸気コンプレッサ５とを有し、この吸気コンプレッサ５によりエアクリーナ３からの空気を加圧して供給する。
【００１５】
吸気コンプレッサ５の下流側には、過給空気を冷却して充填効率を高めるインタークーラ６があり、これにより冷却された過給空気は、コレクタ７、スワール制御弁８を経て、エンジン１の各気筒の燃焼室に供給される。
エンジン１の燃料供給系は、燃料を加圧して供給するサプライポンプ９と、このサプライポンプ９からの高圧燃料を蓄圧するコモンレール１０と、このコモンレール１０から高圧燃料を導いて各気筒の燃焼室に噴射供給するインジェクタ１１とから構成される。
【００１６】
エンジン１からの排気は、排気通路１２に流出し、排気の一部はＥＧＲ通路１３によりＥＧＲ弁１４を介して吸気通路２側のコレクタ７へ還流される。残りの排気は、排気タービン１５を駆動した後、排気浄化装置（例えばディーゼルパティキュレートフィルタ機能付き排気浄化触媒）１６により浄化されて、排出される。
【００１７】
エンジン１の各種制御を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０には、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数センサ２１、エアクリーナ３下流で吸入新気量Ｑas0 を検出するエアフローメータ２２、コレクタ７位置で吸気圧（過給圧）Ｐｍを検出する吸気圧センサ２３、排気浄化装置１６の入口側にて排気中のＮＯｘ濃度を検出すると同時に排気空燃比ＡbyＦを検出可能なＮＯｘセンサ２４などから信号が入力されている。従って、ＮＯｘセンサはＮＯｘ濃度検出手段と空燃比検出手段とを兼ねる。
【００１８】
ここにおいて、ＥＣＵ２０に入力される信号から、排気温度をより応答良く検出（推定）することが本発明の課題であり、これは以下のフローにより実現される。
図２は第１実施形態でのフローチャートである。
【００１９】
Ｓ１１では、ＮＯｘセンサのＮＯｘ濃度に関連する信号を読込んで、排気中のＮＯｘ濃度を検出する。
Ｓ１２では、ＮＯｘセンサの空燃比に関連する信号を読込んで、排気中の空燃比ＡbyＦを検出する。
Ｓ１３では、エンジン回転数センサの信号を読込んで、エンジン回転数Ｎｅを検出する。
【００２０】
Ｓ１４では、エアフローメータの信号を読込んで、吸入新気量Ｑas0 を検出する。
Ｓ１５では、図３に示すマップを参照して、空燃比ＡbyＦとエンジン回転数Ｎｅ（又は吸入新気量Ｑas0 ）とから、燃費率に依存する排気温度基本値Ｔexhbを演算する。ここで、空燃比ＡbyＦが小（リッチ）であるほど、またエンジン回転数Ｎｅが大きくなるほど、排気温度基本値Ｔexhbは大きくなる。この部分が排気温度基本値演算手段に相当する。
【００２１】
尚、本実施形態では、排気温度基本値の演算のため、空燃比ＡbyＦとエンジン回転数Ｎｅとを用いているが、ここでエンジン回転数Ｎｅはガス流量のパラメータとして用いているので、エンジン回転数Ｎｅに代えて、吸入新気量Ｑas0 を用いることができる。
【００２２】
Ｓ１６では、図４に示すマップを参照し、ＮＯｘ濃度と吸入新気量Ｑas0 （又はエンジン回転数Ｎｅ）とから、燃焼温度に依存する補正値（補正係数）Ｋtexhを演算する。この部分が補正値演算手段に相当する。
Ｓ１７では、次式のごとく、排気温度基本値Ｔexhbに、燃焼温度補正値Ｋtexhを乗じて、排気温度Ｔexh を演算する。この部分が排気温度推定手段に相当する。
Ｔexh ＝Ｔexhb・Ｋtexh
【００２３】
本実施形態では、燃焼温度に対するＮＯｘの傾向、及び、燃費率に対する空燃比も傾向が非線形なので、これらを吸入新気量やエンジン回転数で補償することで、より精度の高い排気温度の推定が可能となる。
【００２４】
また、本実施形態によれば、ＮＯｘセンサの応答性は、０．１〜０．３msec（６３％応答の時定数）であり、高温気体計測用の排気温度センサ（同約１０sec ）と比較して格段に早い応答性が得られる。
また、エンジンパラメータ（燃料噴射時期、燃料噴射圧、ＥＧＲ）や環境の変化はＮＯｘ濃度、空燃比計測値に現れるため、これらも排気温度推定に反映されるので、ロバスト性の高い温度計測が可能となる。
【００２５】
図５は第２実施形態でのフローチャートである。
本実施形態は、エンジンから排出される排気温度から排気浄化装置の触媒表面温度を推定する場合である。
Ｓ２１では、第１実施形態として説明した図２のフローに従って、排気温度（エンジン出口排気温度）Ｔexh を演算する。
【００２６】
Ｓ２２では、エアフローメータの信号を読込んで、吸入新気量Ｑas0 を検出する。
Ｓ２３では、吸気圧センサの信号を読込んで、過給圧Ｐｍを検出する。
Ｓ２４では、ターボ過給機での排気温度降下を見積もるため、図６のマップを参照し、排気タービンを通過するガス量に対応する吸入新気量Ｑas0 と、過給圧Ｐｍとから、ターボ効率の変化による排気温度降下係数Ｋtexhtcを演算する。
【００２７】
この排気温度降下係数Ｋtexhtcは、排気タービン下流温度／排気タービン上流温度として表せる値である。また、図６のマップのＫtexhtc小の領域は、ターボ効率が良く、温度降下が大となる領域で、この領域では例えばＫtexhtc＝０．４となり、Ｋtexhtc大の領域は、ターボ効率が悪く、温度降下が小となる領域で、この領域では例えばＫtexhtc＝０．９となる。尚、自然吸気のエンジンではＫtexhtc＝１でよい。
【００２８】
Ｓ２５では、エンジン出口排気温度Ｔexh と排気温度降下係数Ｋtexhtcとから、次式により、ターボ出口排気温度Ｔexh0を演算する。
Ｔexh0＝Ｔexh ・Ｋtexhtc
Ｓ２６では、排気通路と排気浄化装置自体とから放出される熱量を勘案して排気温度が低下することを見積もるため、図７の各テーブルを参照し、排気流量に対応する吸入新気量Ｑas0 から排気通路分放熱定数Ｋtloss 及び排気浄化装置分放熱定数Ｏtloss を演算する。
【００２９】
Ｓ２７では、ターボ出口排気温度Ｔexh0と、排気通路分放熱定数Ｋtloss 及び排気浄化装置分放熱定数Ｏtloss とから、熱伝達の式を簡略した次式により、触媒表面温度基本値Ｔexh1を演算する。
Ｔexh1＝Ｋtloss ・Ｔexh0＋Ｏtloss
Ｓ２８では、排気ガスの輸送遅れと放熱の遅れを補償するため、触媒表面温度基本値Ｔexh1の１次遅れ処理により（次式参照）、排気浄化装置の触媒表面温度Ｔexhbedを求めて、演算を終了する。
【００３０】
Ｔexhbed＝ｋ・Ｔexh1＋（１−ｋ）・Ｔexhbed-1
ここで、ｋは重み付け定数（０＜ｋ＜１）、Ｔexhbed-1はＴexhbedの前回値である。
尚、本実施形態では、排気浄化装置の触媒表面温度を求めているが、図７のテーブルの設定（吸入新気量Ｑas0 に対する放熱定数Ｋtloss 及びＯtloss の設定）により、排気浄化装置の入口温度を求めることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】  第１実施形態を示す排気温度推定のフローチャート
【図３】  排気温度基本値演算用マップを示す図
【図４】  燃焼温度補正値演算用マップを示す図
【図５】 第２実施形態での排気浄化装置表面温度推定のフローチャート
【図６】  排気温度降下係数演算用マップを示す図
【図７】  放熱定数演算用テーブルを示す図
【符号の説明】
１  エンジン
２  吸気通路
４  ターボ過給機
５  吸気コンプレッサ
６  インタークーラ
７  コレクタ
１１  インジェクタ
１２  排気通路
１５  排気タービン
１６  排気浄化装置
２０  コントロールユニット（ＥＣＵ）
２１  エンジン回転数センサ
２２  エアフローメータ
２３  吸気圧センサ
２４  ＮＯｘセンサ
【図１】
0004122770.tif 000002
【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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