(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの再生を行うときに、排気絞り弁の開閉時期を適正化することにより、排気通路に備わる部材の温度を適正範囲に維持する技術を提供する。【解決手段】排気マニホールド、酸化能力を有する触媒、フィルタ、排気絞り弁を上流側から順に備え、フィルタの再生を行うときに、モデルを用いて推定される触媒の温度が該触媒の活性温度の下限値よりも低く、且つ、モデルを用いて推定される排気マニホールドの温度が該排気マニホールドの過熱温度よりも低い場合に、排気絞り弁の開度をそれまでよりも小さくする。【選択図】図３
2009287507.tif 000002
【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排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタよりも下流側の排気通路で開閉する排気絞り弁と、
前記フィルタよりも上流側に設けられ酸化能力を有する触媒と、
前記触媒よりも上流側に設けられる排気マニホールドと、
前記触媒よりも上流側から該触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤を供給することで、前記フィルタに捕集されている粒子状物質を酸化させるフィルタ再生手段と、
前記触媒および前記排気マニホールドの温度を、モデルを用いて推定する温度推定手段と、
前記フィルタ再生手段により粒子状物質を酸化させるときに、前記温度推定手段により推定される前記触媒の温度が該触媒の活性温度の下限値よりも低く、且つ、前記排気マニホールドの温度が該排気マニホールドの過熱温度よりも低い場合に、前記排気絞り弁の開度をそれまでよりも小さくする排気絞り弁制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記温度推定手段は、前記フィルタの温度をモデルを用いて推定し、
前記排気絞り弁制御手段は、前記温度推定手段により推定されるフィルタの温度が該フィルタの過熱温度よりも高い場合に、前記排気絞り弁の開度をそれまでよりも大きく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】
前記温度推定手段は、前記酸化能力を有する触媒の所定位置における温度を推定し、
前記排気絞り弁制御手段は、前記温度推定手段により推定される前記触媒の上流側端部の温度が該触媒の活性温度の下限値に所定値を加えた温度よりも高く、且つ、前記温度推定手段により推定される該触媒の下流側端部の温度が前記フィルタにて粒子状物質を酸化させる温度の下限値よりも高い場合に、前記排気絞り弁の開度をそれまでよりも大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記温度推定手段は、前記酸化能力を有する触媒よりも上流側の排気通路内のガスの温度をモデルを用いて推定し、
前記フィルタ再生手段は、前記温度推定手段により推定される前記触媒へ流入する直前の排気通路内のガス温度が該触媒の活性温度の下限値以上のときに前記還元剤供給手段により還元剤を供給することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記酸化能力を有する触媒よりも上流側に、酸化能力を有する他の触媒である上流触媒を少なくとも１つ備え、
前記温度推定手段は、前記酸化能力を有する触媒よりも上流側の排気通路内のガスの温度および前記上流触媒の温度をモデルを用いて推定し、その結果に基づいて、前記触媒に流入する排気の温度および該触媒の温度を推定することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記温度推定手段は、前記上流触媒の温度を推定するときに放熱による下降温度を推定し、該下降温度は、該上流触媒と外気との温度差および車速に基づいて推定される該温度差による下降温度と、該上流触媒の温度に基づいて推定される熱輻射による下降温度と、からなることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記温度推定手段は、前記排気通路内のガスの温度を推定するときに、放熱による下降温度を推定し、該下降温度は、該排気通路内のガスと外気との温度差および車速に基づい
て推定される該温度差による下降温度と、排気通路内のガス温度に基づいて推定される熱輻射による下降温度と、からなることを特徴とする請求項４から６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記温度推定手段は、前記酸化能力を有する触媒の温度を推定するときに、放熱による下降温度を推定し、該下降温度は、該酸化能力を有する触媒と外気との温度差および車速に基づいて推定される該温度差による下降温度と、該触媒内のガス温度に基づいて推定される熱輻射による下降温度と、からなることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記温度推定手段は、吸入空気量に基づいてＨＣの浄化率を推定し、該ＨＣの浄化率を、吸入空気量および背圧に基づいて補正することを特徴とする請求項１から８の何れか１項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、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化触媒とパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）とを設け、排気中の粒子状物質（以下、ＰＭという。）を捕集する技術が知られている。フィルタに捕集されているＰＭ量が一定量に達すると、該フィルタよりも上流に設けた酸化触媒へ還元剤を供給し、該フィルタの温度を上昇させることによりＰＭを酸化させて除去することができる。このようにＰＭを除去することをフィルタの再生という。このフィルタの再生を行うときに排気絞り弁を閉じると、排気の温度が上昇するため、該フィルタの再生を速やかに完了させることができる。しかし、フィルタの再生時にはフィルタの温度が高温となるため、該フィルタが過熱する虞がある。
【０００３】
これに対し、排気の温度を測定するセンサを備え、該センサにより測定される温度に基づいて排気絞り弁の開度を調節することで、フィルタの過熱を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、排気絞り弁の開度を変更してから、センサにより測定される温度が変化するまでには、時間がかかる。以下、この時間をセンサの応答遅れともいう。つまり、センサにより測定される温度は、特に過渡時において、実際の温度と異なることがある。そのため、センサの応答遅れを考慮して排気絞り弁の開度を調節することが要求される。例えば、排気絞り弁を開く時期が最適時期よりも遅くなると、圧力損失が大きくなるため、燃費が悪化する虞がある。また、排気絞り弁を閉じる時期が最適時期よりも遅くなると、触媒の温度が不十分のまま還元剤が添加されることになり、白煙が発生する虞がある。
【特許文献１】特開２００４−３５３５２９号公報
【特許文献２】特開２００７−１６６１９号公報
【特許文献３】特開２００６−３２２３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、フィルタの再生を行うときに、排気絞り弁の開閉時期を適正化することにより、排気通路に備わる部材の温度を適正範囲に維持する技術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】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタよりも下流側の排気通路で開閉する排気絞り弁と、
前記フィルタよりも上流側に設けられ酸化能力を有する触媒と、
前記触媒よりも上流側に設けられる排気マニホールドと、
前記触媒よりも上流側から該触媒へ還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤を供給することで、前記フィルタに捕集されている粒子状物質を酸化させるフィルタ再生手段と、
前記触媒および前記排気マニホールドの温度を、モデルを用いて推定する温度推定手段と、
前記フィルタ再生手段により粒子状物質を酸化させるときに、前記温度推定手段により推定される前記触媒の温度が該触媒の活性温度の下限値よりも低く、且つ、前記排気マニホールドの温度が該排気マニホールドの過熱温度よりも低い場合に、前記排気絞り弁の開度をそれまでよりも小さくする排気絞り弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、排気絞り弁の開度を閉じ側に変化させると、内燃機関の負荷が増加するため、排気の温度が上昇する。これにより、排気通路に備わる部材や排気通路自体の温度が上昇する。
【０００８】
また、触媒へ還元剤が供給されると、該触媒にて還元剤が酸化することにより、排気の温度が上昇する。この排気がフィルタへ流入することにより、該フィルタの温度が上昇する。なお、還元剤供給手段は、内燃機関から還元剤を含むガスを排出させても良く、排気通路の途中で排気中に還元剤を供給しても良い。
【０００９】
温度推定手段は、酸化能力を有する触媒の温度を推定する。これは、触媒内のガス温度としても良い。この推定は、モデルを用いて行われる。例えば、内燃機関からの排気の温度と、内燃機関から触媒までの間の熱の出入と、に基づいて触媒の上流側端部の温度（または、触媒へ流入する排気の温度）を推定できる。つまり、内燃機関からの排出されたガスは、排気通路や該排気通路に備わる部材等にて放熱しながら酸化触媒へ到達する。この放熱により、排気の温度が変化するので、この排気の温度の変化分を上流側から順次算出することにより、触媒へ流入する排気の温度を推定することができる。このように、触媒よりも上流における熱の出入を考慮して該触媒へ流入する排気の温度を推定するため、過渡運転時においても推定精度を高めることができる。
【００１０】
また、触媒の内部の温度は、過渡時において排気の流れ方向で不均一となる。つまり、排気と触媒とで熱交換が行われたり、触媒と外気とで熱交換が行われたり、触媒で還元剤が反応することにより熱が発生したりするため、温度が不均一となる。例えば、この温度の変化分を上流側から順次算出することにより、触媒内の所定位置の温度を推定することができる。このように、触媒における熱の出入を考慮して該触媒の温度を推定すれば、過渡運転時においても推定精度を高めることができる。なお、所定位置には、上流側端部及び下流側端部を含む。
【００１１】
触媒よりも上流には、排気マニホールドが備わる。この排気マニホールドは、排気通路の一部となる。排気マニホールドは、内燃機関から排出されたばかりの温度の高いガスが流通するため、温度が高くなる部材である。そのため、過熱し易い。排気マニホールドの温度も、排気や外気との熱交換等により変化するため、これらに基づいて算出することができる。このように、排気マニホールドにおける熱の出入を考慮して該排気マニホールドの温度を推定すれば、過渡運転時においても推定精度を高めることができる。なお、排気マニホールドの温度は、排気マニホールド内のガス温度としても良い。また、排気マニホールドの過熱温度は、該排気マニホールドが機能低下する温度（例えば排気マニホールドが変形する温度）としても良い。これは、実際に機能低下する前の温度であって、ある程度の余裕を持った所定の温度としても良い。
【００１２】
そして、触媒が活性温度の下限値以上となるように、且つ排気マニホールドが過熱しないように、排気絞り弁制御手段により排気絞り弁の開度が制御される。ここで、排気絞り弁の開度を小さくすることにより、排気の温度が上昇するため、触媒の温度を上昇させることができる。そして、触媒の温度が活性温度の下限値以上となれば、該触媒にて還元剤を酸化させることができるため、該還元剤を供給することにより排気の温度が上昇する。これにより、フィルタの温度を上昇させることができるため、フィルタの再生を行うこと
ができる。なお、触媒の上流側端部の温度が、該触媒の活性温度の下限値以上となれば良い。このときに、排気マニホールドが過熱しないように排気絞り弁の開度を調節している。つまり、排気マニホールドの過熱を抑制しつつフィルタの再生を行うことが可能となる。
【００１３】
本発明においては、前記温度推定手段は、前記フィルタの温度をモデルを用いて推定し、
前記排気絞り弁制御手段は、前記温度推定手段により推定されるフィルタの温度が該フィルタの過熱温度よりも高い場合に、前記排気絞り弁の開度をそれまでよりも大きくすることができる。
【００１４】
フィルタの温度は、過渡時において排気の流れ方向で不均一となる。つまり、排気とフィルタとで熱交換が行われたり、フィルタと外気とで熱交換が行われたり、フィルタでＰＭが酸化することにより熱が発生したりするため、温度が不均一となる。モデルを用いて、この温度を推定する。推定するのは、フィルタ内のガス温度としても良い。例えば、温度の変化分を上流側から順次算出することにより、フィルタ内の所定位置の温度を推定することができる。このように、フィルタにおける熱の出入を考慮して該フィルタの温度を推定するため、過渡運転時においても推定精度を高めることができる。なお、所定位置には、上流側端部及び下流側端部を含む。また、フィルタの温度が最も高くなる位置の温度を推定することにより、フィルタの過熱を抑制しても良い。
【００１５】
本発明においては、前記温度推定手段は、前記酸化能力を有する触媒の所定位置における温度を推定し、
前記排気絞り弁制御手段は、前記温度推定手段により推定される前記触媒の上流側端部の温度が該触媒の活性温度の下限値に所定値を加えた温度よりも高く、且つ、前記温度推定手段により推定される該触媒の下流側端部の温度が前記フィルタにて粒子状物質を酸化させる温度の下限値よりも高い場合に、前記排気絞り弁の開度をそれまでよりも大きくすることができる。
【００１６】
活性温度の下限値に所定値を加えた温度とは、排気絞り弁の開度をそれまでよりも大きくしても、触媒の温度が活性温度の下限値よりも低くならない温度である。つまり、触媒の温度が十分に高いために、温度を低下させたとしても、なお還元剤を酸化させることができる。そのため、還元剤の供給により、フィルタの温度を上昇させることができる。そして、排気絞り弁の開度を大きくすると、内燃機関の負荷が低下するため、燃費を向上させることができる。
【００１７】
また、触媒の下流側端部の温度が粒子状物質を酸化させる温度の下限値よりも高い場合には、フィルタに流入する排気の温度が十分に高いために、該フィルタの再生を行うことができる。
【００１８】
つまり、触媒の温度が十分に高く、且つ、フィルタに流入する排気の温度が十分に高い場合には、排気絞り弁の開度を大きくしてもフィルタの再生を継続して行うことができ、且つ排気絞り弁の開度を大きくすることにより燃費を向上させることができる。
【００１９】
本発明においては前記温度推定手段は、前記酸化能力を有する触媒よりも上流側の排気通路内のガスの温度をモデルを用いて推定し、
前記フィルタ再生手段は、前記温度推定手段により推定される前記触媒へ流入する直前の排気通路内のガス温度が該触媒の活性温度の下限値以上のときに前記還元剤供給手段により還元剤を供給することができる。
【００２０】
内燃機関からの排出されたガスは、排気通路や該排気通路に備わる部材にて放熱しながら酸化触媒へ到達する。この放熱により、排気の温度が変化するので、この排気の温度の変化分を上流側から順次算出することにより、排気通路内のガスの温度を推定することができる。
【００２１】
そして、触媒へ流入する直前の排気通路内のガス温度が該触媒の活性温度の下限値以上のときには、該触媒の温度が活性温度の下限値以上となる。このときに還元剤供給手段により還元剤を供給すると、該還元剤が触媒にて反応する。そのため、触媒および該触媒よりも下流のフィルタの温度を上昇させることができる。
【００２２】
本発明においては、前記酸化能力を有する触媒よりも上流側に、酸化能力を有する他の触媒である上流触媒を少なくとも１つ備え、
前記温度推定手段は、前記酸化能力を有する触媒よりも上流側の排気通路内のガスの温度および前記上流触媒の温度をモデルを用いて推定し、その結果に基づいて、前記触媒に流入する排気の温度および該触媒の温度を推定することができる。
【００２３】
上流触媒の温度は、上流触媒内のガス温度としても良い。上流触媒における熱の出入と、該上流触媒から下流の排気通路における熱の出入と、を上流側から順次算出することにより、フィルタのすぐ上流に備わる酸化能力を有する触媒に流入する排気の温度を推定することができる。これにより、触媒やフィルタの温度も推定することができる。
【００２４】
つまり、触媒を複数備えていても、夫々の触媒における熱の出入と、夫々の触媒間の排気通路における熱の出入と、を考慮して順次温度を算出することができる。これにより、各触媒に流入するガスの温度、および各触媒温度の推定精度を高めることができる。
【００２５】
本発明においては、前記温度推定手段は、前記上流触媒の温度を推定するときに放熱による下降温度を推定し、該下降温度は、該上流触媒と外気との温度差および車速に基づいて推定される該温度差による下降温度と、該上流触媒の温度に基づいて推定される熱輻射による下降温度と、からなることができる。
【００２６】
また、本発明においては、前記温度推定手段は、前記排気通路内のガスの温度を推定するときに、放熱による下降温度を推定し、該下降温度は、該排気通路内のガスと外気との温度差および車速に基づいて推定される該温度差による下降温度と、排気通路内のガス温度に基づいて推定される熱輻射による下降温度と、からなることができる。
【００２７】
さらに、本発明においては、前記温度推定手段は、前記酸化能力を有する触媒の温度を推定するときに、放熱による下降温度を推定し、該下降温度は、該酸化能力を有する触媒と外気との温度差および車速に基づいて推定される該温度差による下降温度と、該触媒内のガス温度に基づいて推定される熱輻射による下降温度と、からなることができる。
【００２８】
つまり、排気通路内のガス、上流触媒、または酸化能力を有する触媒（以下、これらを温度推定対象という。）では、夫々、放熱により温度が下降し得る。この放熱により下降する分の温度を下降温度としている。ただし、上流触媒、および酸化能力を有する触媒の温度は、還元剤の反応により上昇し得る。この場合には、還元剤の反応のみを考えたときに到達し得る温度よりも、放熱した分だけ温度が下降するので、この下降する分の温度を下降温度としている。そして、放熱による下降温度を、温度推定対象と外気との温度差による下降温度と、温度推定対象の熱輻射による下降温度と、に分けて考えている。
【００２９】
温度推定対象と外気との温度差による下降温度は、外気温と関係している。つまり、外気温が低いほど放熱量が多くなるため、温度の下降分は大きくなる。また、車速が速くな
るほど、温度推定対象周辺の外気の入れ替わりが速くなるため、温度の下降分は大きくなる。これらを考慮することにより、温度推定対象と外気との温度差による下降温度をより正確に算出することができる。また、温度推定対象の熱輻射による下降温度は、外気温と関係している。つまり、外気温が低いほど熱輻射による放熱量が多くなるため、温度の下降分は大きくなる。そして、温度推定対象と外気との温度差による下降温度、および温度推定対象の熱輻射による下降温度を考慮して温度推定対象の温度を夫々の算出することにより、夫々の温度推定対象の温度の推定精度を高めることができる。
【００３０】
本発明においては、前記温度推定手段は、吸入空気量に基づいてＨＣの浄化率を推定し、該ＨＣの浄化率を、吸入空気量および背圧に基づいて補正することができる。
【００３１】
つまり、酸化能力を有する触媒や上流触媒においてＨＣが浄化されるとき（酸化されるとき）に温度が上昇するが、このＨＣの浄化率によって温度の上昇値が変わる。つまり、ＨＣの浄化率を求めることにより、ＨＣの発熱による温度上昇分を算出することができる。このＨＣ浄化率は、吸入空気量によって変わることが知られている。しかし、吸入空気量だけではなく、背圧によってもＨＣ浄化率は変わる。そこで、これらの値に応じてＨＣ浄化率を補正すれば、より正確な値を得ることができる。
【００３２】
なお、本発明においては、内燃機関の吸入空気温度または内燃機関の冷却水温度に基づいて、前記モデルにより推定される温度を補正することができる。
【００３３】
内燃機関から排出されるガスの温度は、内燃機関の吸入空気温度または内燃機関の冷却水温度に応じて変化する。これらに基づいてガスの温度を補正すれば、ガスの温度の推定精度をさらに高くすることができる。また、ガスの温度が変化すれば、触媒やフィルタの温度も変化する。つまり、モデルを用いて推定される温度を内燃機関の吸入空気温度または内燃機関の冷却水温度に基づいて補正すれば、推定精度をより高めることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、フィルタの再生を行うときに、排気絞り弁の開閉時期を適正化することにより、排気通路に備わる部材の温度を適正範囲に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。各気筒２には、該気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁３が備えられている。
【００３７】
また、内燃機関１には、吸気マニホールド４が接続されており、該吸気マニホールド４は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して通じている。そして、吸気マニホールド４は、吸気管５に接続されている。
【００３８】
この吸気管５の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ６のコンプレッサハウジング６ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング６ａよりも上流の吸気管５には、該吸気管５内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入
空気量が測定される。
【００３９】
一方、内燃機関１には、排気マニホールド８が接続されており、該排気マニホールド８は、各気筒２の燃焼室と排気ポート（図示省略）を介して通じている。
【００４０】
そして排気マニホールド８は、ターボチャージャ６のタービンハウジング６ｂと接続されている。このタービンハウジング６ｂは排気管１０に接続されている。
【００４１】
排気管１０の途中には、上流側から順に、前段触媒１１、酸化触媒１２、パティキュレートフィルタ１３（以下、単にフィルタ１３という。）が設けられている。前段触媒１１は、酸化能力を有する触媒であれば良く、例えば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx
触媒等を用いることができる。この前段触媒１１は、酸化触媒１２よりも小型で、熱容量が小さい。また、フィルタ１３は、排気中に含まれるＰＭを捕集する。なお、酸化触媒１２とフィルタ１３とは、ケース１４内に格納されている。本実施例においては酸化触媒１２が、本発明における酸化能力を有する触媒に相当する。また、本実施例においては前段触媒１１が、本発明における上流触媒に相当する。
【００４２】
ケース１４における酸化触媒１２の直上流には、排気の温度に応じた信号を出力する第１温度センサ１５が取り付けられている。また、ケース１４における酸化触媒１２とフィルタ１３との間には、排気の温度に応じた信号を出力する第２温度センサ１６が取り付けられている。第１温度センサ１５により、酸化触媒１２に流入する排気の温度を測定することができる。また、第２温度センサ１６により、酸化触媒１２から流出する排気の温度、またはフィルタ１３に流入する排気の温度を測定することができる。
【００４３】
フィルタ１３よりも下流の排気管１０には、該排気管１０内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１７が設けられている。排気絞り弁１７は、排気管１０の通路断面積を変更することにより、該排気管１０を流れる排気の量を変更する。なお、排気絞り弁１７は全開及び全閉のみが可能な弁であっても良く、連続的に開度を調整可能な弁であっても良い。
【００４４】
排気マニホールド８には、後述するＥＣＵ３０からの信号により開弁して排気中に還元剤を噴射する燃料添加弁２９が設けられている。還元剤には、燃料（ＨＣ）が用いられる。
【００４５】
内燃機関１には、該内燃機関１の回転数を測定するクランク角センサ２１と、該内燃機関１の冷却水温度を測定する冷却水温度センサ２２とが取り付けられている。また、吸気マニホールド４には、該吸気マニホールド４内を流通する吸気の温度を測定する吸気温度センサ２３が取り付けられている。排気マニホールド８には、該排気マニホールド８内の圧力を測定する背圧センサ２７が取り付けられている。
【００４６】
以上述べたように構成された内燃機関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であるＥＣＵ３０が併設されている。このＥＣＵ３０は、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の運転状態を制御するユニットである。
【００４７】
ＥＣＵ３０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル２４を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ２５、及び大気圧を測定する大気圧センサ２６、さらには車速を測定する車速センサ２８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ３０に入力されるようになっている。
【００４８】
一方、ＥＣＵ３０には、燃料噴射弁３、排気絞り弁１７、および燃料添加弁２９が電気
配線を介して接続されており、該ＥＣＵ３０によりこれらの機器が制御される。
【００４９】
ここで、フィルタ１３の再生時には、内燃機関１から未燃燃料（ＨＣ）を排出させたり、燃料添加弁２９から燃料（ＨＣ）を添加したりする。このＨＣを酸化触媒１２にて反応させ、このときに発生する熱によりフィルタ１３の温度を上昇させる。このときに、排気マニホールド８、酸化触媒１２、及びフィルタ１３の温度を推定し、これらの温度に応じて排気絞り弁１７の開度を調節する。なお、排気絞り弁１７の開度を小さくするほど、内燃機関１から排出されるガスの温度が高くなる。なお、本実施例においては燃料噴射弁３または燃料添加弁２９が、本発明における還元剤供給手段に相当する。また、フィルタ１３の再生を行うＥＣＵ３０が、本発明におけるフィルタ再生手段に相当する。
【００５０】
図２は、排気管１０内の排気の温度、及び前段触媒１１、酸化触媒１２、フィルタ１３の温度を推定するための物理モデルを説明するための図である。
【００５１】
前段触媒１１、前段触媒１１から酸化触媒１２までの間の排気管１０、酸化触媒１２、フィルタ１３の夫々を、排気の流れ方向に複数の領域に分割して考える。なお、本実施例では、前段触媒１１、前段触媒１１から酸化触媒１２までの間の排気管１０、酸化触媒１２を３分割し、フィルタ１３を４分割している。なお、前段触媒１１、前段触媒１１から酸化触媒１２までの間の排気管１０、および酸化触媒１２の温度は、それらの内部のガス温度と等しいと仮定する。ＨＣやＰＭは、触媒やフィルタ１３上で反応し、このときに発生する熱は一旦触媒やフィルタ１３に移動した後に、ガスとの間で熱交換をする。
【００５２】
ＴＨＡＴＣ［ｎ］は、前段触媒１１の温度を示している。ｎは０から３である。ｎが０のときには、前段触媒１１の上流側端部の温度を示している。そして、ｎの値が大きくなるほど、下流側の温度を示す。
【００５３】
ＴＨＥＸ［ｎ］は、前段触媒１１から酸化触媒１２までの間の排気管１０内のガス温度を示している。ｎは０から３である。ｎが０のときには、前段触媒１１のすぐ下流の温度を示している。そして、ｎの値が大きくなるほど、下流側の温度を示し、ｎが３のときには酸化触媒１２のすぐ上流の温度を示している。なお、本実施例では、ＴＨＡＴＣ［３］とＴＨＥＸ［０］とは等しいものとする。
【００５４】
ＴＨＮＸ［ｎ］は、酸化触媒１２の温度を示している。ｎは０から３である。ｎが０のときには、酸化触媒１２の上流側端部の温度を示している。そして、ｎの値が大きくなるほど、下流側の温度を示す。なお、本実施例では、ＴＨＥＸ［３］とＴＨＮＸ［０］とは等しいものとする。
【００５５】
ＴＨＤＰ［ｎ］は、フィルタ１３の温度を示している。ｎは０から４である。ｎが０のときには、フィルタ１３の上流側端部の温度を示している。そして、ｎの値が大きくなるほど、下流側の温度を示す。なお、本実施例では、酸化触媒１２とフィルタ１３とは十分に近いものとし、ＴＨＮＸ［３］とＴＨＤＰ［０］とは等しいものとする。
【００５６】
また、ＥＴ６は、タービンハウジング６ｂから流出した直後の排気の温度（以下、ターボ下流温度という。）である。なお、本実施例では、タービンハウジング６ｂのすぐ下流に前段触媒１１が設けられているものとし、ＥＴ６とＴＨＡＴＣ［０］とは等しいものとする。
【００５７】
まず、ターボ下流温度ＥＴ６を以下の式により算出する。
ＥＴ６＝ＥＴ６ＥＮＧ−ＥＴ６ＤＬＴ
ただし、ＥＴ６ＥＮＧは内燃機関１から排出されるガス温度であり、ＥＴ６ＤＬＴは伝
達による変化分（以下、伝達温度という。）である。つまり、内燃機関１から排出されるガスは、排気マニホールド８、ターボチャージャ６等にて熱を外部に放出するため、温度が低下する。この温度低下分を減算している。
【００５８】
内燃機関１から排出されるガス温度ＥＴ６ＥＮＧは以下の式により算出する。
ＥＴ６ＥＮＧ＝（ＥＴ６Ｂ−ＥＴＨＩＡ）×ＥＭＴ６＋ＥＴＨＩＡ＋ＥＴ６ＯＦＴＨＷ＋ＥＴ６ＯＦＴＨＡ＋ＥＴ６ＯＦＰＡ＋ＥＴ６ＯＦＥＸＰ
ただし、ＥＴ６Ｂは基準温度、ＥＴＨＩＡは吸気温度、ＥＭＴ６はＧｎ比補正係数、ＥＴ６ＯＦＴＨＷは冷却水温度による補正量、ＥＴ６ＯＦＴＨＡは吸気温度による補正量、ＥＴ６ＯＦＰＡは大気圧による補正量、ＥＴ６ＯＦＥＸＰは背圧による補正量である。つまり、内燃機関１から排出されるガス温度ＥＴ６ＥＮＧは、Ｇｎ比補正係数、吸気温度、冷却水温度、大気圧、及び背圧の影響を受けて変化するため、これらの値に応じて補正する。なお、Ｇｎ比とは、実際の空気量と目標空気量との比（実際の空気量／目標空気量）である。ここでいう空気量は、内燃機関１の１回転あたりの吸入空気量である。このＥＴ６ＥＮＧには、なましを行っても良い。例えば燃料噴射弁３からの燃料噴射量と、吸入空気量と、により決定されるなまし率ＥＴ６ＳＭを用いてなましを行うことができる。
【００５９】
基準温度ＥＴ６Ｂは、補正前の基準となる温度であり、以下の式により算出する。
ＥＴ６Ｂ＝ＥＴ６ＭＡＰ
ただし、ＥＴ６ＭＡＰは、機関回転数および燃料噴射弁３からの燃料噴射量をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。
【００６０】
Ｇｎ比補正係数ＥＭＴ６は、以下の式により算出する。
ＥＭＴ６＝ＥＭＴ６ＭＡＰ
ただし、ＥＭＴ６ＭＡＰは、Ｇｎ比及び大気圧をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。
【００６１】
冷却水温度による補正量ＥＴ６ＯＦＴＨＷは、以下の式により算出する。
ＥＴ６ＯＦＴＨＷ＝Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＷ×Ｔ＿ＭＴ６ＴＨＷ
ただし、Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＷは冷却水温度補正係数であり、Ｔ＿ＭＴ６ＴＨＷは冷却水温度補正係数基準値である。
【００６２】
冷却水温度補正係数Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＷは、以下の式により算出する。
Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＷ＝ＥＴ６ＯＦＴＨＷＭＡＰ
ただし、ＥＴ６ＯＦＴＨＷＭＡＰは、冷却水温度をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、冷却水温度補正係数Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＷは、冷却水の温度自体に応じて決定される値である。
【００６３】
冷却水温度補正係数基準値Ｔ＿ＭＴ６ＴＨＷは、以下の式により算出する。
Ｔ＿ＭＴ６ＴＨＷ＝ＥＭＴ６ＴＨＷＭＡＰ
ただし、ＥＭＴ６ＴＨＷＭＡＰは、機関回転数及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、機関回転数及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量が変わると、冷却水とガスとの熱交換量が変わるため、これに応じて補正をしている。
【００６４】
また、吸気温度による補正量ＥＴ６ＯＦＴＨＡは、以下の式により算出する。
ＥＴ６ＯＦＴＨＡ＝Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＡ×Ｔ＿ＭＴ６ＴＨＡ
ただし、Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＡは吸気温度補正係数であり、Ｔ＿ＭＴ６ＴＨＡは吸気温度補正係数基準値である。
【００６５】
吸気温度補正係数Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＡは、以下の式により算出する。
Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＡ＝ＥＴ６ＯＦＴＨＡＭＡＰ
ただし、ＥＴ６ＯＦＴＨＡＭＡＰは、吸気温度をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、吸気温度補正係数Ｔ＿Ｔ６ＯＦＴＨＡは、吸気温度自体に応じて決定される値である。
【００６６】
吸気温度補正係数基準値Ｔ＿ＭＴ６ＴＨＡは、以下の式により算出する。
Ｔ＿ＭＴ６ＴＨＡ＝ＥＭＴ６ＴＨＡＭＡＰ
ただし、ＥＭＴ６ＴＨＡＭＡＰは、機関回転数及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、機関回転数及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量が変わると、吸気温度が排気温度に与える影響度が変化するため、これに応じて補正をしている。
【００６７】
また、大気圧による補正量ＥＴ６ＯＦＰＡは、以下の式により算出する。
ＥＴ６ＯＦＰＡ＝Ｔ＿Ｔ６ＯＦＰＡ×Ｔ＿ＭＴ６ＰＡ
ただし、Ｔ＿Ｔ６ＯＦＰＡは大気圧補正係数であり、Ｔ＿ＭＴ６ＰＡは大気圧補正係数基準値である。
【００６８】
大気圧補正係数Ｔ＿Ｔ６ＯＦＰＡは、以下の式により算出する。
Ｔ＿Ｔ６ＯＦＰＡ＝ＥＴ６ＯＦＰＡＭＡＰ
ただし、ＥＴ６ＯＦＰＡＭＡＰは、大気圧をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、大気圧補正係数Ｔ＿Ｔ６ＯＦＰＡは、大気圧自体に応じて決定される値である。
【００６９】
大気圧補正係数基準値Ｔ＿ＭＴ６ＰＡは、以下の式により算出する。
Ｔ＿ＭＴ６ＰＡ＝ＥＭＴ６ＰＡＭＡＰ
ただし、ＥＭＴ６ＰＡＭＡＰは、機関回転数及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、機関回転数及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量が変わると、大気圧が排気温度に与える影響度が変化するため、これに応じて補正をしている。
【００７０】
背圧による補正量ＥＴ６ＯＦＥＸＰは、以下の式により算出する。
ＥＴ６ＯＦＥＸＰ＝ＥＴ６ＯＦＥＸＰＭＡＰ
ただし、ＥＴ６ＯＦＥＸＰＭＡＰは、背圧、機関回転数、及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量に基づいて得られる値である。つまり、機関回転数及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量が変わると、背圧が排気温度に与える影響度が変化するため、これに応じて補正をしている。
【００７１】
また、伝達温度ＥＴ６ＤＬＴは、内燃機関１から排出されるガスが前段触媒１１のすぐ上流に到達するまでに低下する分の温度であり、以下の式により算出する。
ＥＴ６ＤＬＴ＝（ＥＴ６ＥＮＧ−ＥＴＨＭＩＸ）×（１−Ｔ＿ＥＲＳ）
ただし、ＥＴＨＭＩＸは熱受時のガス温度である。また、Ｔ＿ＥＲＳは遅れ空気量ＧＲＡＤＬＹをパラメータとするマップに基づいて得られる値である。遅れ空気量とは、前回計算時における空気量である。これは、過渡時におけるずれを補正するために用いられている。つまり、（１−Ｔ＿ＥＲＳ）は、補正係数として用いられる。
【００７２】
今回計算時における熱受時のガス温度ＥＴＨＭＩＸ（今回）は、以下の式により算出する。
ＥＴＨＭＩＸ（今回）＝ＥＴＨＭＩＸ（前回）＋ＥＴＨＩＮ−ＥＴＨＯＵＴ
ただし、ＥＴＨＭＩＸ（前回）は前回計算時における熱受時のガス温度、ＥＴＨＩＮは
排気系での受熱による温度変化分、ＥＴＨＯＵＴは排気系での放熱による温度変化分である。
【００７３】
排気系での受熱による温度変化分ＥＴＨＩＮは、以下の式により算出する。
ＥＴＨＩＮ＝ＥＴ６ＤＬＴ×ＥＧＡＤＬＹ×０．１３１０７２／（排気系質量×排気系比熱）
ただし、ＥＧＡＤＬＹは遅れ空気量である。また、０．１３１０７２は計算周期（１２８ｍｓ）に対してＥＣＵ３０の計算誤差を考慮して決定される値である。排気系質量及び排気系比熱は、予め実験等により求めることができる。
【００７４】
排気系での放熱による温度変化分ＥＴＨＯＵＴは、以下の式のより算出する。
ＥＴＨＯＵＴ＝ＥＥＲ×０．１３１０７２／（排気系質量×排気系比熱）
ただし、ＥＥＲは、放熱エネルギである。
【００７５】
放熱エネルギＥＥＲは、以下の式により算出する。
ＥＥＲ＝ＥＥＲＭＡＰ
ただし、ＥＥＲＭＡＰは、（ＥＴＨＥＸＭ−ＥＴＨＡ）をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。ＥＴＨＥＸＭは排気系壁温であり、ＥＴＨＭＩＸと等しいものとする。また、ＥＴＨＡは吸気温度である。
以上により、ターボ下流温度ＥＴ６を推定することができる。
【００７６】
次に、前段触媒１１の温度の物理モデルについて説明する。前述のように、ＴＨＡＴＣ［０］＝ＥＴ６が成り立つ。また、ｎが１から３のときには、以下の式が成り立つ。
ＴＨＡＴＣ［ｎ］＝Ｔ＿ＴＡＴＣ［ｎ−１］−ＴＨＡＴＣＡＲＤＮ［ｎ−１］−ＴＨＡＴＣＨＫＤＮ［ｎ−１］
ただし、Ｔ＿ＴＡＴＣ［ｎ］はＨＣの発熱により上昇した後の温度、ＴＨＡＴＣＡＲＤＮ［ｎ］は前段触媒１１と外気との温度差による放熱での温度変化分（下降温度）、ＴＨＡＴＣＨＫＤＮ［ｎ］は前段触媒１１での熱輻射による放熱での温度変化分（下降温度）である。
【００７７】
つまり、１つ上流の領域からの熱の出入を考慮して、その領域の温度を算出している。このようにして、順次下流側の温度を算出していくことで、前段触媒１１の全領域の温度を算出することができる。つまり、前段触媒１１の所定位置における温度を推定することができる。
【００７８】
ここで、ＨＣの発熱により上昇した後の温度Ｔ＿ＴＡＴＣ［ｎ−１］は、以下のようにして算出する。
まず、前段触媒１１の上流端部における残留ＨＣ量ＥＧＨＣＡＴＣ［０］を以下の式により算出する。これは、前段触媒１１に流入するＨＣ量である。
ＥＧＨＣＡＴＣ［０］＝ＥＧＨＣＬＮ／ＥＭＱＴＨＵＰ
ただし、ＥＧＨＣＬＮは残留酸素分ＨＣであり、燃料添加弁２９から添加されるＨＣ量である。これはＥＣＵ３０による指令値である。また、ＥＭＱＴＨＵＰは燃料添加弁噴射量補正値であり、燃料添加弁２９の経年変化や煤の付着による噴射量の変化を補正するために用いられる値である。燃料添加弁噴射量補正値ＥＭＱＴＨＵＰは、予め実験等により求めておく。
【００７９】
ＥＧＨＣＬＮは以下の式により算出する。
ＥＧＨＣＬＮ＝Ｔ＿ＧＮＣＬＮ−ＥＧＨＣＲＨ
ただし、ＥＧＨＣＲＨはリッチ分すり抜けＨＣである。これは、理論空燃比よりもリッチとなっているために触媒で反応せずに下流側にすり抜けるＨＣ量である。
【００８０】
また、Ｔ＿ＧＮＣＬＮは、以下の式により算出する。
Ｔ＿ＧＮＣＬＮ＝ＥＧＨＣＡＤ＋Ｔ＿ＧＨＣＥＧ
ただし、ＥＧＨＣＡＤは実添加分触媒到達量である。これは、燃料添加弁２９から実際に添加されるＨＣ量である。
【００８１】
また、Ｔ＿ＧＨＣＥＧは、内燃機関１から排出されるＨＣ量であり、以下の式により算出する。
Ｔ＿ＧＨＣＥＧ＝ＥＧＨＣＭＡＰ
ただし、ＥＧＨＣＭＡＰは、機関回転数、燃料噴射弁３からの燃料噴射量、及びＧｎ比をパラメータとするマップから求まる値である。つまり、内燃機関１から排出されるＨＣ量Ｔ＿ＧＨＣＥＧは、機関回転数、燃料噴射弁３からの燃料噴射量、及びＧｎ比に応じて変化するため、これらの値にもとづいて算出する。
【００８２】
また、前段触媒１１での反応ＨＣ量Ｔ＿ＧＨＣＡＴＣ［ｎ］は以下の式により算出する。
Ｔ＿ＧＨＣＡＴＣ［ｎ］＝ＥＧＨＣＡＴＣ［ｎ−１］×ＥＲＨＣＡＴＣ［ｎ］
ただし、ＥＧＨＣＡＴＣ［ｎ−１］は前段触媒１１での残留ＨＣ量あり、ＥＲＨＣＡＴＣ［ｎ］は前段触媒１１でのＨＣ浄化率である。
【００８３】
前段触媒１１での残留ＨＣ量ＥＧＨＣＡＴＣ［ｎ］は、以下の式により算出する。
ＥＧＨＣＡＴＣ［ｎ］＝ＥＧＨＣＡＴＣ［ｎ−１］−Ｔ＿ＧＨＣＡＴＣ［ｎ］
【００８４】
また、前段触媒１１でのＨＣ浄化率ＥＲＨＣＡＴＣ［ｎ］は、以下の式により算出する。
ＥＲＨＣＡＴＣ［ｎ］＝Ｔ＿ＲＨＣＡＴＣＢ＋ＥＭＲＨＣＡＴＣ
ただし、Ｔ＿ＲＨＣＡＴＣＢは基本ＨＣ浄化率であり、ＥＭＲＨＣＡＴＣはＨＣ浄化率空気量補正量である。
【００８５】
基本ＨＣ浄化率Ｔ＿ＲＨＣＡＴＣＢは、以下の式により算出する。
Ｔ＿ＲＨＣＡＴＣＢ＝ＥＲＨＣＡＴＣ＿ＭＡＰ
ただし、ＥＲＨＣＡＴＣ＿ＭＡＰは、前回計算時のＴＨＡＴＣ［ｎ］をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、前回計算時のＴＨＡＴＣ［ｎ］によってＨＣ浄化率が変化するため、この前回計算時のＴＨＡＴＣ［ｎ］に基づいてＨＣ浄化率の基準値を算出している。
【００８６】
また、ＨＣ浄化率空気量補正量ＥＭＲＨＣＡＴＣは、以下の式により算出する。
ＥＭＲＨＣＡＴＣ＝ＥＭＲＨＣＡＴＣ＿ＭＡＰ
ただし、ＥＭＲＨＣＡＴＣ＿ＭＡＰは、遅れ空気量および背圧をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、遅れ空気量だけではなく背圧によってもＨＣ浄化率が変化するため、遅れ空気量および背圧に基づいてＨＣ浄化率を補正している。
【００８７】
また、前段触媒１１内のエネルギＴ＿ＥＡＴＣ［ｎ］を、以下の式により算出する。
Ｔ＿ＥＡＴＣ［ｎ］＝ＥＥＡＡＴＣ［ｎ−１］＋ＥＥＣＡＴＣ［ｎ］＋Ｔ＿ＧＨＣＡＴＣ［ｎ］×ＥＨＶＨＣ
ただし、ＥＥＡＡＴＣ［ｎ］は通過ガスが持つエネルギであり、ＥＥＣＡＴＣ［ｎ］はその領域が持つエネルギであり、ＥＨＶＨＣはＨＣ発熱量である。
【００８８】
ＨＣ発熱量ＥＨＶＨＣは以下の式により算出する。
ＥＨＶＨＣ＝ＥＭＱＡＤＴＨＣ×ＥＤＮＦＵＥＬ×１０００
ただし、ＥＭＱＡＤＴＨＣは燃料発熱量補正係数であり、ＥＤＮＦＵＥＬは燃料の比重である。燃料の比重ＥＤＮＦＵＥＬは、予め実験等により求めておく。
【００８９】
燃料発熱量補正係数ＥＭＱＡＤＴＨＣは、以下の式により算出する。
ＥＭＱＡＤＴＨＣ＝ＥＭＱＡＤＴＨＣＭＡＰ
ただし、ＥＭＱＡＤＴＨＣＭＡＰは、遅れ空気量をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。つまり、吸入空気量に基づいて発熱量を補正している。
【００９０】
また、熱容量Ｔ＿ＨＣＡＴＣ［ｎ］を以下の式により算出する。
Ｔ＿ＨＣＡＴＣ［ｎ］＝ＥＧＡＳＭＰ＋ＥＧＡＴＣ
ただし、ＥＧＡＳＭＰは空気の熱容量であり、ＥＧＡＴＣは前段触媒１１の熱容量である。
【００９１】
前段触媒１１の熱容量ＥＧＡＴＣは、以下の式により算出する。
ＥＧＡＴＣ＝（ＥＧＡＴＣ／ＥＮＡＴＣ）×ＥＳＰＨＥＡＴＣ
ただし、ＥＧＡＴＣは前段触媒１１の質量であり、ＥＮＡＴＣは前段触媒１１の領域数（分割数）であり、ＥＳＰＨＥＡＴＣは前段触媒１１の比熱である。これらの値は、予め実験等により求めておく。
【００９２】
そして、ＨＣの発熱により上昇した後の温度Ｔ＿ＴＡＴＣは以下の式により算出する。
Ｔ＿ＴＡＴＣ＝Ｔ＿ＥＡＴＣ／Ｔ＿ＨＣＡＴＣ
【００９３】
また、通過ガスが持つエネルギＥＥＡＡＴＣ［ｎ］、前段触媒１１と外気との温度差による放熱での温度変化分（下降温度）ＴＨＡＴＣＡＲＤＮ［ｎ］、前段触媒１１での熱輻射による放熱での温度変化分（下降温度）ＴＨＡＴＣＨＫＤＮ［ｎ］は、夫々以下の式により算出する。
ＥＥＡＡＴＣ［ｎ］＝ＥＧＡＳＭＰ×Ｔ＿ＴＡＴＣ
ＴＨＡＴＣＡＲＤＮ［ｎ］＝ＴＨＡＴＣＡＲＤＮＭＡＰ
ＴＨＡＴＣＨＫＤＮ［ｎ］＝ＴＨＡＴＣＨＫＤＮＭＡＰ
ただし、ＴＨＡＴＣＡＲＤＮＭＡＰは、前回計算時におけるＴＨＡＴＣ［ｎ］と外気温ＴＨＡとの差、及び車速ＥＳＰＤをパラメータとするマップに基づいて得られる値である。また、ＴＨＡＴＣＨＫＤＮＭＡＰは、前回計算時におけるＴＨＡＴＣ［ｎ］をパラメータとするマップに基づいて得られる値である。
【００９４】
前回計算時におけるＴＨＡＴＣ［ｎ］と外気温ＴＨＡとの差は放熱量に影響を与える。また、車速ＥＳＰＤが速くなると、前段触媒１１の外側近傍の空気の入れ替わりが速くなるため、放熱量に影響を与える。そのため、前回計算時におけるＴＨＡＴＣ［ｎ］と外気温ＴＨＡとの差、および車速に応じてＴＨＡＴＣＡＲＤＮ［ｎ］を変化させている。
【００９５】
ここで、通過ガスが持つエネルギＥＥＡＡＴＣ［０］は、以下の式により算出する。
ＥＥＡＡＴＣ［０］＝ＥＧＡＳＭＰ×ＥＴ６
ただし、ＥＧＡＳＭＰは空気の熱容量である。
【００９６】
また、領域が持つエネルギＥＥＣＡＴＣ［ｎ］は、その領域の質量に前段触媒１１の比熱ＥＳＰＨＥＡＴＣを乗じ、さらに、ＨＣの発熱により上昇した後の温度Ｔ＿ＴＡＴＣ［ｎ］を乗じて求まる。つまり、以下の式により算出する。
ＥＥＣＡＴＣ［ｎ］＝（ＥＧＡＴＣ／ＥＮＡＴＣ）×ＥＳＰＨＥＡＴＣ×Ｔ＿ＴＡＴＣ
【００９７】
次に、前段触媒１１から酸化触媒１２までの間の排気管１０内のガス温度の物理モデルについて説明する。前述のように、ＴＨＥＸ［０］＝ＴＨＡＴＣ［３］が成り立つ。また
、ｎが１から３のときには、以下の式が成り立つ。
ＴＨＥＸ［ｎ］＝ＴＨＥＸ［ｎ−１］−ＴＨＥＸＡＲＤＮ［ｎ］−ＴＨＡＴＣＥＸＤＮ［ｎ］
ただし、ＴＨＥＸＡＲＤＮ［ｎ］は排気管１０と外気との温度差による放熱での温度変化分（下降温度）、ＴＨＡＴＣＥＸＤＮ［ｎ］は排気管１０での熱輻射による放熱での温度変化分（下降温度）である。前段触媒１１とは異なり、ＨＣの酸化による発熱はない。そのため、前段触媒１１におけるＨＣの酸化による発熱に関する部分を除けば、前段触媒１１から酸化触媒１２までの間の排気管１０内のガス温度ＴＨＥＸ［ｎ］についても、前段触媒１１の場合と同様に算出することができる。
【００９８】
つまり、１つ上流の領域からの熱の放出を考慮して、その領域の温度を算出している。このようにして、順次下流側の温度を算出していくことで、排気管１０の全領域の温度を算出することができる。
【００９９】
さらに、酸化触媒１２の温度の物理モデルについては、前段触媒１１と同様に考えることができる。ここで、前述のように、ＴＨＮＸ［０］＝ＴＨＥＸ［３］が成り立つ。また、酸化触媒１２に流入するＨＣ量は、前段触媒１１の下流側端部での残留ＨＣ量ＥＧＨＣＡＴＣ［３］と等しい。
【０１００】
また、フィルタ１３の温度の物理モデルでは、各領域におけるＰＭの酸化による発熱を考慮する。つまり、前段触媒１１におけるＨＣの発熱を、フィルタ１３におけるＰＭの酸化による発熱に置き換えて考えることにより、フィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［ｎ］を算出することができる。ＰＭの酸化による温度上昇分は、ＰＭの質量およびフィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［ｎ−１］と相関関係にあるため、これらに基づいて算出することができる。これらの関係はマップ化しておいても良い。また、フィルタ１３に吸蔵還元型ＮＯx触媒
等を担持している場合には、該触媒におけるＨＣの酸化による発熱を前段触媒１１と同様にして考える。
【０１０１】
なお、夫々の物理モデルにより得られる温度と、温度センサにより得られる温度と、を比較して、夫々の物理モデルにより得られる温度を補正しても良い。つまり、物理モデルにより得られる排気管１０内のガス温度ＴＨＥＸ［３］と、第１温度センサ１５により得られる温度と、を比較して、排気管１０内のガス温度ＴＨＥＸ［ｎ］を補正する。また、物理モデルにより得られる酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［３］と、第２温度センサ１６により得られる温度と、を比較して、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［ｎ］を補正する。同様に、フィルタ１３よりも下流に温度センサを備えておけば、フィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［４］と、センサにより得られる温度と、を比較して、フィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［ｎ］を補正することができる。また、これらの補正量を学習することもできる。
【０１０２】
次に、本実施例に係る排気絞り弁１７の開度の制御フローについて説明する。図３は、本実施例に係る排気絞り弁１７の開度の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ３０により繰り返し実行される。
【０１０３】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ３０は、フィルタ１３に捕集されているＰＭが閾値以上となっているか否か判定される。本ステップでは、フィルタ１３の再生が必要か否か判定されている。つまり、閾値とは、フィルタ１３の再生を行う指標となるＰＭ捕集量である。フィルタ１３に堆積しているＰＭの量は、内燃機関１の運転状態の履歴に基づいて推定することができる。また、フィルタ１３よりも上流側と下流側との差圧を検出し、該差圧が規定値以上となっているか否かに基づいて判定してもよい。さらに、車両の走行距離に基づいて判定してもよい。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはフィルタ１３の再生を行う必要がないため
本ルーチンを一旦終了させる。この場合、フィルタ１３の再生を行っていないときの制御が行われる。
【０１０４】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ３０は、フィルタ１３の再生処理を開始する。例えば、燃料噴射弁３からの燃料噴射態様（時期、分割回数、分割割合、燃料噴射圧）を変化させる。併せて、例えばＥＧＲガス量を減量させたり、スワール比を変化させたり、ＥＧＲクーラ効率を変化させたりする。内燃機関１から未燃燃料を還元剤として排出させても良く、また、燃料添加弁２９から排気中へ燃料を噴射しても良い。
【０１０５】
ステップＳ１０３では、ＥＣＵ３０は、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が、酸化触媒１２の失活温度ＴＡ１以下であるか否か判定する。酸化触媒１２の失活温度ＴＡ１とは、酸化触媒１２においてＨＣを十分に酸化することができない温度の上限値として設定される。つまり、本ステップでは、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が酸化触媒１２の活性温度の下限値よりも低いか否か判定される。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【０１０６】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３０は、排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４が、該排気マニホールド８が過熱する虞のある温度ＴＡ５以下であるか否か判定する。過熱の虞のある温度ＴＡ５は、過熱する温度に対して余裕を持たせた値に設定される。なお、過熱する虞のある温度ＴＡ５は、過熱する温度としても良い。本ステップでは、排気絞り弁１７の開度を小さくしても排気マニホールド８が過熱しないか否か判定される。
【０１０７】
排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４は、例えば機関回転数及び燃料噴射弁３からの燃料噴射量と相関関係にある。これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておけば、該マップにより排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４の基準値を得ることができる。また、排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４は、冷却水温度、吸気温度、および過給圧によっても変わるため、夫々の値に応じて補正を行う。例えば夫々の値と補正係数との関係をマップ化してＥＣＵ３０に記憶させておく。そして、機関回転数および燃料噴射量をマップに代入して求まる基準値に、冷却水温度による補正係数、吸気温度による補正係数、過給圧による補正係数を夫々乗じることにより、排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４を得る。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ戻る。
【０１０８】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ３０は、排気絞り弁１７の開度を小さくする。つまり、排気絞り弁１７を閉じ側に制御する。このときには、規定の角度だけ小さくしても良いし、排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４または酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］に応じて開度を小さくしても良い。排気絞り弁１７の開度を小さくすることにより、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］を上昇させる。これにより、酸化触媒１２にて還元剤を反応させることができるため、フィルタ１３の温度を上昇させることができる。
【０１０９】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ３０は、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が、酸化触媒１２の失活温度ＴＡ１に規定値を加えた温度ＴＡ２以上となっているか否か判定する。この温度ＴＡ２は、排気絞り弁１７の開度を大きくしても、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が活性温度の下限値よりも低くならない温度である。つまり、本ステップでは、排気絞り弁１７の開度を大きくしても、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が活性温度の下限値よりも低くならないか否か判定される。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ戻る。
【０１１０】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ３０は、フィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［０］が、フィルタ１３の失活温度ＴＡ３よりも高いか否か判定する。フィルタ１３の失活温度ＴＡ３とは、フィルタ１３に捕集されているＰＭを酸化させることができない温度の上限値として設定される。つまり、本ステップでは、排気絞り弁１７の開度を小さくしても、フィルタ１３の再生が可能であるか否か判定される。なお、フィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［０］に代えて、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［３］を用いて判定を行っても良い。ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ戻る。
【０１１１】
ステップＳ１０８では、ＥＣＵ３０は、排気絞り弁１７の開度を大きくしている。つまり、排気絞り弁１７を開き側に制御する。このときには、規定の角度だけ大きくしても良いし、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］またはフィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［０］に応じて開度を大きくしても良い。排気絞り弁１７の開度を大きくすることにより、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］及びフィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［０］が下降する。これにより、必要以上に温度を高くすることを抑制できるため、燃費を向上させることができる。
【０１１２】
このようにして排気絞り弁１７の開度を調節することにより、排気マニホールド８の過熱を抑制しつつ、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］及びフィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［０］をフィルタ１３の再生に必要となる温度に維持することができる。また、物理モデルにより得た温度に基づいて排気絞り弁１７の開度を調節することにより、適切な時期に適切な開度に合わせることができる。
【０１１３】
次に、本実施例に係る排気絞り弁１７の開度の他の制御フローについて説明する。図４は、本実施例に係る排気絞り弁１７の開度の他の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ３０により繰り返し実行される。
【０１１４】
ステップＳ２０１では、ＥＣＵ３０は、フィルタ１３に捕集されているＰＭが閾値以上となっているか否か判定される。本ステップでは、ステップＳ１０１と同じ処理がなされる。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【０１１５】
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ３０は、フィルタ１３の再生処理を開始する。例えば、燃料噴射弁３からの燃料噴射態様（時期、分割回数、分割割合、燃料噴射圧）を変化させる。併せて、例えばＥＧＲガス量を減量させたり、スワール比を変化させたり、ＥＧＲクーラ効率を変化させたりする。ただし、ステップＳ１０２とは異なり、燃料添加弁２９からの還元剤の噴射はまだ行わない。
【０１１６】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ３０は、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が、酸化触媒１２の失活温度ＴＡ１以下であるか否か判定する。ステップＳ１０３と同じ処理がなされる。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、一方否定判定がなされた場合には、ステップＳ２０８へ進む。
【０１１７】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ３０は、排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４が、該排気マニホールド８が過熱する虞のある温度ＴＡ５以下であるか否か判定する。ステップＳ１０４と同じ処理がなされる。ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ戻る。
【０１１８】
ステップＳ２０５では、ＥＣＵ３０は、排気絞り弁１７の開度を小さくする。ステップＳ１０５と同じ処理がなされる。これにより、酸化触媒１２にて還元剤を反応させることができるため、フィルタ１３の温度を上昇させることができる。
【０１１９】
ステップＳ２０６では、ＥＣＵ３０は、排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４が、該排気マニホールド８が過熱する虞のある温度ＴＡ５以下である否か判定する。本ステップでは、排気マニホールド８の過熱を抑制する必要がないか否か判定される。ステップＳ２０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０７へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ２１２へ進む。
【０１２０】
ステップＳ２０７では、ＥＣＵ３０は、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が酸化触媒１２の失活温度ＴＡ１よりも高いか否か判定する。つまり、還元剤を供給したときに、酸化触媒１２で還元剤が反応するか否か判定される。ステップＳ２０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０８へ進み、一方否定判定がなされた場合には、再度ステップＳ２０７が実行される。
【０１２１】
ステップＳ２０８では、ＥＣＵ３０は、排気中へ還元剤を供給する。この還元剤は、酸化触媒１２にて反応する。内燃機関１から未燃燃料を排出させても良く、燃料添加弁２９から燃料を噴射させても良い。なお、本実施例では、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が、酸化触媒１２の失活温度ＴＡ１よりも高いときに還元剤を供給しているが、これに代えて、酸化触媒１２に流入するガス温度ＴＨＥＸ［３］が、酸化触媒１２の活性温度の下限値以上のときに還元剤を供給しても良い。
【０１２２】
ステップＳ２０９では、ＥＣＵ３０は、フィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［３］が、フィルタ１３が過熱する虞のある温度ＴＡ６以上であるか否か判定する。この温度ＴＡ６は、フィルタ１３が過熱する温度に対して余裕を持たせてある。つまり、本ステップでは、排気絞り弁１７の開度を大きくしてフィルタ１３の過熱を抑制する必要があるか否か判定される。フィルタ１３の再生時には、フィルタ１３の中央よりもやや下流側の温度が最も高くなる。そのため、このフィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［３］に基づいて、過熱するか否か判定している。ステップＳ２０９で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ２１０へ進む。
【０１２３】
ステップＳ２１０では、ＥＣＵ３０は、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］が、酸化触媒１２の失活温度ＴＡ１に規定値を加えた温度ＴＡ２以上となっているか否か判定する。ステップＳ１０６と同じ処理がなされる。ステップＳ２１０で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１１へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ２０７へ戻る。
【０１２４】
ステップＳ２１１では、ＥＣＵ３０は、フィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［０］が、フィルタ１３の失活温度ＴＡ３よりも高いか否か判定する。ステップＳ１０７と同じ処理がなされる。ステップＳ２１１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２１２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ２０７へ戻る。
【０１２５】
ステップＳ２１２では、ＥＣＵ３０は、排気絞り弁１７の開度を大きくしている。ステップＳ１０８と同じ処理がなされる。これにより、必要以上に温度を高くすることを抑制できるため、燃費を向上させることができる。
【０１２６】
このようにして排気絞り弁１７の開度を調節することにより、排気マニホールド８およびフィルタ１３の過熱を抑制しつつ、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［０］及びフィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［０］をフィルタ１３の再生に必要となる温度に維持することができる。また、物理モデルにより得た温度に基づいて排気絞り弁１７の開度を調節することにより、適切な時期に適切な開度に合わせることができる。なお、本実施例においてはステップＳ１０５、１０８、２０５、または２１２を処理するＥＣＵ３０が、本発明における排気絞り弁制御手段に相当する。
【０１２７】
また、本実施例では前段触媒１１を備えているが、該前段触媒１１を備えていない場合であっても、タービンハウジング６ｂから酸化触媒１２までの間の排気管１０内のガス温度を順次算出することにより、該酸化触媒１２に流入する排気の温度を推定することができる。また、酸化触媒１２よりも上流に複数の触媒を備えていても良い。つまり、夫々の触媒における温度と、夫々の触媒間の排気管１０内のガス温度と、を順次算出することにより、酸化触媒１２に流入する排気の温度を推定することができる。
【０１２８】
なお、本実施例においては、前段触媒１１の温度ＴＨＡＴＣ［ｎ］、前段触媒１１から酸化触媒１２までの間の排気管１０内のガス温度ＴＨＥＸ［ｎ］、酸化触媒１２の温度ＴＨＮＸ［ｎ］、フィルタ１３の温度ＴＨＤＰ［ｎ］、または排気マニホールド８内のガス温度ＥＴ４を推定するＥＣＵ３０が、本発明における温度推定手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】排気管内の排気の温度、及び前段触媒、酸化触媒、フィルタの温度を推定するための物理モデルを説明するための図である。
【図３】実施例に係る排気絞り弁の開度の制御フローを示したフローチャートである。
【図４】実施例に係る排気絞り弁の開度の他の制御フローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３０】
１     内燃機関
２     気筒
３     燃料噴射弁
４     吸気マニホールド
５     吸気管
６     ターボチャージャ
６ａ   コンプレッサハウジング
６ｂ   タービンハウジング
７     エアフローメータ
８     排気マニホールド
１０   排気管
１１   前段触媒
１２   酸化触媒
１３   パティキュレートフィルタ
１４   ケース
１５   第１温度センサ
１６   第２温度センサ
１７   排気絞り弁
２１   クランク角センサ
２２   冷却水温度センサ
２３   吸気温度センサ
２４   アクセルペダル
２５   アクセル開度センサ
２６   大気圧センサ
２７   背圧センサ
２８   車速センサ
３０   ＥＣＵ
【図１】
2009287507.tif 000003
【図２】
2009287507.tif 000004
【図３】
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【図４】
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