(57)【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の触媒の温度を推定する装置であって、
前記内燃機関の始動時に該内燃機関の吸入空気温度及び機関温度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて触媒の推定温度の初期値を求める手段と、
該内燃機関の始動後、少なくとも該内燃機関の回転数及び負荷からあらかじめ定めた相関関係に基づいて、該内燃機関の定常運転状態における触媒の定常推定温度を逐次求める手段と、
前記初期値を起点として前記定常推定温度に応答遅れを有して追従する値をなまし処理により逐次求め、その求めた値を触媒の現在推定温度として得る手段とを備え、
前記なまし処理におけるなまし係数は、前記内燃機関の回転数及び負荷に応じて設定した値を、既に求められた触媒の現在推定温度の最新値に応じて補正することにより、可変的に設定されることを特徴とする触媒の温度推定装置。
【請求項２】
前記定常推定温度を求める手段は、前記内燃機関の運転中の回転数及び負荷からあらかじめ定めた相関関係に基づいて触媒の定常推定温度の基本値を求め、この基本値を、内燃機関の点火時期の遅角度合いと、排ガスの吸気系への還流度合いと、スロットル弁の略全開時の燃料供給量の増量度合いとの少なくともいずれか一つに応じて補正することにより、前記定常推定温度を求めることを特徴とする請求項１記載の触媒の温度推定装置。
【請求項３】
前記内燃機関のフュエルカット中は、前記定常推定温度と、前記なまし係数とをそれぞれ所定値に設定する手段を備えることを特徴とする請求項１又は2記載の触媒の温度推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガス浄化用の触媒の温度を推定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排ガス浄化用の触媒（例えば三元触媒）を内燃機関の排気通路に備えたシステムでは、その触媒の上流側及び下流側に設けた空燃比センサの出力等に基づいて、触媒の劣化状態を評価することが行われている。そして、この種のシステムでは、触媒の劣化状態の評価は、一般に、触媒が十分に昇温・活性化した状態（触媒の暖機状態）で行う必用がある。この場合、触媒が暖機状態にあるか否かを判断する必要がある。
【０００３】
また、例えば、内燃機関の始動後、触媒がまだ活性化していない状態では、排ガス中のＨＣ（炭化水素）をＨＣ吸着材により一旦、吸着保持し、触媒が活性化した後には、ＨＣ吸着材からＨＣを脱離させ、それを触媒で改めて浄化したり、内燃機関の吸気系に還流させて燃焼させるようにした排ガス浄化システムも知られている。そして、このようなシステムにおいても、ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを適正なタイミングで触媒に供給したり、内燃機関の吸気系に還流させるようにするために、触媒が暖機状態にあるか否かを判断する必要がある。
【０００４】
このように触媒が暖機状態にあるか否かを判断することは、内燃機関の種々様々の運転状況下で必要になる。そして、触媒が暖機状態にあるか否かを判断する技術としては、例えば特開平７−２１７４８０号公報に見られる技術が知られている。この技術は、触媒の劣化状態の評価のために、触媒が暖機状態にあるか否かを次のように判断するようにしている。すなわち、内燃機関の空気量（機関負荷）や、吸入空気温度に応じて設定したカウント設定値が所定時間毎に累積加算され、その累積加算値が所定値を越えたか否かにより、触媒が暖機状態になったか否かが判断される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報のものでは、単に、内燃機関の空気量や吸入空気温度に応じて設定したカウント設定値を累積加算するものであるため、その累積加算値が、触媒の実際の温度状態を正しく反映したものにならない場合が多々ある。このため、触媒が暖機状態であるか否かの判断が誤りやすいものとなる。この結果、触媒が実際には、暖機状態になっていないにもかかわらず、触媒の劣化状態の評価を実行し、ひいては、その劣化状態の評価結果が誤ってしまう場合がある。
【０００６】
また、触媒が暖機状態になっているとの判断を確実なものとするためには、その判断をするための閾値（前記累積加算値と比較する閾値）に余裕をもたせる必用がある。さらに、上記累積加算値が、触媒の実際の温度状態にできるだけ則したものになるようにするためには、その累積加算値の演算を行う内燃機関の運転条件を比較的狭い範囲に限定せざるを得ない。実際、前記公報のものでは、前記累積加算値は、機関負荷が所定範囲内に無い場合や、アイドリング運転状態である場合等、種々の運転条件下においてリセットされるものとなっている。
【０００７】
この結果、前記公報のものでは、実際には触媒が既に暖機状態となっていても、それを認識できないような場合が多くなり、ひいては、触媒の劣化状態を評価を実行する機会を逸してしまいやすいという不都合がある。
【０００８】
このような不都合は、例えばＨＣ吸着材を備えた排気システムにおいて、前記公報のものの技術を用いて、触媒が暖機状態であるか否かを判断するようにした場合にも、同様に生じる不都合である。
【０００９】
尚、触媒の温度状態を正しく把握するためには、触媒に温度センサを取着し、該触媒の温度を直接的に検出することも考えられる。しかし、このような温度センサを備えることは、コストアップを招くものとなり、また、該温度センサの耐久性の確保等の問題も生じる。
【００１０】
本発明はこのような背景に鑑み、内燃機関の運転条件の制約を受けることなく、触媒の温度を精度よく推定することができる温度推定装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の触媒の温度推定装置は、前記の目的を達成するために、内燃機関の排気通路に設けられた排ガス浄化用の触媒の温度を推定する装置であって、前記内燃機関の始動時に該内燃機関の吸入空気温度及び機関温度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて触媒の推定温度の初期値を求める手段と、該内燃機関の始動後、少なくとも該内燃機関の回転数及び負荷からあらかじめ定めた相関関係にに基づいて、該内燃機関の定常運転状態における触媒の定常推定温度を逐次求める手段と、前記初期値を起点として前記定常推定温度に応答遅れを有して追従する値をなまし処理により逐次求め、その求めた値を触媒の現在推定温度として得る手段とを備え、前記なまし処理におけるなまし係数は、前記内燃機関の回転数及び負荷に応じて設定した値を、既に求められた触媒の現在推定温度の最新値に応じて補正することにより、可変的に設定されることを特徴とするものである。
【００１２】
かかる本発明によれば、触媒の推定温度の初期値は、内燃機関の始動時に、該内燃機関の吸入空気温度及び機関温度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて求められる。ここで、本願発明者等の知見によれば、内燃機関の始動時における触媒の温度は、その始動時における吸入空気温度と機関温度とのいずれかに近い値となる。従って、前記初期値は、内燃機関の始動時の触媒の温度の推定値として、実際の温度に近い値になる。尚、この場合、内燃機関の始動時の吸入空気温度及び機関温度のうちの小さい方を触媒の推定温度の初期値として求めることが該初期値の信頼性を高める上で好ましい。また、該初期値を求めるために必用な吸入空気温度は、内燃機関の吸気系に備えた吸入空気温度検出手段による検出温度を用いればよく、機関温度は、例えば内燃機関の冷却水温を検出する水温検出手段による検出温度を用いればよい。
【００１３】
そして、本発明では、内燃機関の始動後、前記定常推定温度が少なくとも内燃機関の回転数及び負荷からあらかじめ定めた相関関係に基づいて逐次求められ、この定常推定温度に、前記初期値を起点として応答遅れを有して追従する値が触媒の現在推定温度として、なまし処理により逐次求められる。この場合、このなまし処理におけるなまし係数、すなわち、前記応答遅れの度合いを規定する係数は、内燃機関の回転数及び負荷に応じて設定した値を、既に求められた触媒の現在推定温度の最新値に応じて補正することにより、可変的に設定される。
【００１４】
ここで、本願発明者等の知見によれば、内燃機関の定常運転状態、すなわち、内燃機関の回転数（回転速度）や負荷（吸入空気量の状態）が一定に維持される運転状態では、触媒の温度（最終的に到達する温度）は、基本的には、内燃機関の回転数及び負荷に応じた温度になる。さらに、内燃機関の運転状態をステップ状に変化させたときには、触媒の温度は、基本的には変化後の内燃機関の回転数及び負荷に応じた温度に向かって応答遅れ（基本的には一次遅れ）を伴って収束していく。この場合、応答遅れの度合いは、基本的には内燃機関の回転数及び負荷に応じたものとなる傾向がある。また、特に触媒の温度が低い状態（触媒が未だ十分に活性化しないような低温状態）では、触媒の活性化の進行に伴って、触媒の排ガス浄化能力、ひいては排ガスの成分の反応による発熱が変化するので、触媒の温度が定常的な温度に収束していく場合の応答遅れの度合いは、内燃機関の回転数及び負荷だけでなく、触媒の温度の影響も受ける。このため、内燃機関の運転中に、前記なまし処理により触媒の現在推定温度を求めることにより、信頼性の高い（誤差の少ない）触媒の推定温度を逐次求めることができることとなる。
【００１５】
従って、本発明によれば、内燃機関の始動時から、内燃機関の運転条件の制約を受けることなく、触媒の温度を精度よく推定することができる。尚、前記定常推定温度及びなまし係数を求めるために必要な内燃機関の回転数及び負荷のうち、回転数は、内燃機関に備えた回転数検出手段による検出値を用いればよい。また、負荷は、内燃機関の吸入空気量の状態を表すものであればよい。例えば、内燃機関の吸気圧（吸気管内圧）を検出する吸気圧検出手段、もしくは、吸入空気量を直接的に検出する吸入空気量検出手段が備えられている場合には、それらの検出手段による検出吸気圧もしくは検出吸入空気量を内燃機関の負荷を表すものとして用いることができる。
【００１６】
ところで、内燃機関の運転時には、始動後の触媒の活性化を早めるために、内燃機関の点火時期を意図的に常用的な点火時期よりも遅角側に制御する場合がある。また、排ガス中の未燃成分を燃焼させるために、排ガスを内燃機関の吸気系に適宜還流させるようにする場合もある。また、内燃機関のスロットル弁の略全開時には、一般に、内燃機関の燃料供給量が、通常的な空燃比（理論空燃比近傍の空燃比）に対応する燃料供給量よりも増量される。そして、これらの運転状況下では、内燃機関の定常運転状態における触媒の温度は、内燃機関の回転数及び負荷だけでなく、点火時期の遅角度合い、排ガスの吸気系への還流度合い、スロットル弁の略全開時の燃料供給量の増量度合いの影響を受ける。
【００１７】
そこで、本発明では、より好ましくは、前記定常推定温度を求める手段は、前記内燃機関の運転中の回転数及び負荷からあらかじめ定めた相関関係に基づいて触媒の定常推定温度の基本値を求め、この基本値を、内燃機関の点火時期の遅角度合いと、排ガスの吸気系への還流度合いと、スロットル弁の略全開時の燃料供給量の増量度合いとのうちの少なくともいずれか一つに応じて補正することにより、前記定常推定温度を求める。このようにすることにより、定常推定温度の信頼性をより高めることができ、ひいては、内燃機関の運転中における触媒の推定温度の精度を高めることができる。
【００１８】
また、内燃機関のフュエルカット中（燃料供給を遮断した状態）では、燃料及び空気の混合気の燃焼が行われないため、内燃機関の定常運転状態における触媒の温度は、一般には内燃機関の回転数及び負荷に応じたものにならない。また、フュエルカット中には、触媒の温度が定常的な温度に収束していく場合の応答遅れの形態は、一般に該フュエルカット中以外の内燃機関の運転状況と異なるものとなる。そこで、本発明では、前記内燃機関のフュエルカット中は、前記定常推定温度と、前記なまし係数とをそれぞれ所定値に設定する手段を備える。これにより、内燃機関のフュエルカット中やその直後の運転状態でも触媒の推定温度の精度を高めることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して説明する。図１は本発明の実施形態を含む装置の全体構成を示すブロック図である。同図において、１は例えば自動車に車両の推進源として搭載されたエンジン（内燃機関）、２は電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）である。エンジン１は例えば４気筒エンジンである。
【００２１】
エンジン１の吸気系を構成する吸気管３（吸気通路）の途中部には、上流側から順に、吸気量を調整するスロットル弁４と、吸気管内圧PBA（詳しくは吸気管４内の絶対圧）を検出する吸気管内圧センサ５（吸気圧検出手段）と、吸気温度TAOB（吸気管４内における空気の温度）を検出する吸気温度センサ６（吸気温度検出手段）と、燃料を吸気管４に噴射して空気と混合させる燃料噴射弁７とが設けられている。また、スロットル弁４の配置箇所には、該スロットル弁４の開度THAを検出するスロットル弁開度センサ８が設けられている。上記各センサ５，６，８は、それぞれの検出値を示す電気信号をＥＣＵ２に出力する。
【００２２】
燃料噴射弁７は、エンジン１の各気筒の吸気バルブ（図示せず）の若干上流側で各気筒毎に設けられている。各燃料噴射弁７は、図示を省略する燃料タンクから燃料が供給され、その開弁時間（ひいては燃料噴射量）がＥＣＵ２により制御される。
【００２３】
エンジン１には、エンジン１の回転数NE（回転速度）を検出する回転数センサ９（回転数検出手段）と、エンジン１の冷却水温TWを機関温度として検出する水温センサ１０（機関温度検出手段）と、図示しない点火プラグ及びディストリビュータにより構成される点火器１１が組み付けられている。回転数センサ９及び水温センサ１０はそれぞれの検出値を示す電気信号をＥＣＵ２に出力する。また、点火器１１は、その作動（各気筒における混合気の点火タイミング）がＥＣＵ２により制御される。尚、回転数センサ９は、エンジン１のクランク軸の所定の回転角度毎にパルス信号（ＴＤＣ信号）を発生するものであり、このＴＤＣ信号を回転数NEを示す信号としてＥＣＵ２に出力する。
【００２４】
エンジン１の排気系を構成する排気管１２（排気通路）には、排ガス浄化用の触媒（ＣＡＴ）１３が介装されている。この触媒１３は例えば三元触媒により構成されたものである。そして、触媒１３の上流側及び下流側には、それぞれ空燃比センサとしてのＬＡＦセンサ１４及びＯ2センサ１５が設けられている。尚、ＬＡＦセンサ１４は、エンジン１の各気筒の排ガスが集合する箇所の近傍に設けられている。
【００２５】
これらのセンサ１４，１５はいずれも排ガス中の酸素濃度（ひいてはこの酸素濃度により表される排ガスの空燃比）に感応するセンサであるが、ＬＡＦセンサ１４は、比較的広い空燃比域において、排ガスの空燃比に比例したレベルの電気信号（以下、検出出力KACTという）を発生するものである。また、Ｏ2センサ１５は、それが発生する電気信号（以下、検出出力V O2という）のレベルが、理論空燃比近傍の狭い空燃比域においてのみ高感度な変化を示し、且つ、それ以外の空燃比域では、検出出力VO2がほぼ一定となるか、もしくは、その変化が微小なものとなるものである。これらのＬＡＦセンサ１４及びＯ2センサ１５の検出出力KACT，VO2は、ＥＣＵ２に入力される。
【００２６】
排気管１２の、ＬＡＦセンサ１４よりも若干上流側の箇所から排気還流通路１６（以下、ＥＧＲ通路１６という）が導出され、燃料噴射弁７の下流側で吸気管３に接続されている。このＥＧＲ通路１６には電磁制御弁１７（以下、ＥＧＲ制御弁１７という）が介装されている。該ＥＧＲ制御弁１７は、その開度がＥＣＵ２により制御される。
【００２７】
ＥＣＵ２は、図示を省略するＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭから構成されるマイクロコンピュータを含めて構成された電子回路ユニットである。そして、ＥＣＵ２は、前述の吸気温度センサ６等、各センサの出力信号もしくはその出力信号から把握される検出値や、あらかじめＲＯＭに記憶保持されたプログラム及び設定データに基づいて、前記燃料噴射弁７、ＥＧＲ制御弁１７等、ＥＣＵ２に接続された各アクチュエータの動作を制御し、これにより、エンジン１の運転制御を行う。また、ＥＣＵ２は、エンジン１の運転制御を行いながら、触媒１３の温度を推定する処理（以下、触媒温度推定処理という）や、触媒１３の劣化状態を評価する処理（以下、触媒劣化評価処理という）等も実行する。従って、ＥＣＵ２は、本発明の温度推定装置の主要部としての機能を有するものである。
【００２８】
ここで、ＥＣＵ２による触媒劣化評価処理の概要を説明しておく。本実施形態では、エンジン１の運転中に、触媒１３による良好な排ガス浄化性能を確保するために、触媒１３の下流側のＯ2センサ１５の検出出力VO2と上流側のＬＡＦセンサ１４の検出出力KACTとに基づいて、燃料噴射弁７の開弁時間（燃料噴射量）が調整され、それにより、エンジン１の空燃比が制御される。この場合、この空燃比制御は、例えば特開平１１−１５３０５１号公報や、特開平１１−３２４７６５号公報等に本願出願人が提案したように行われる。尚、この空燃比制御は、本願発明の本質をなすものではないと共に、上記公報に詳細に説明されているので、ここではさらなる説明を省略する。
【００２９】
このような空燃比制御を行いながら、ＥＣＵ２は、触媒劣化評価処理を実行する。この触媒劣化評価処理は、例えば特開２００１−２４１３４９号公報に本願出願人が提案したように行われる。すなわち、Ｏ2センサ１５の検出出力VO2を用いて、触媒１３の劣化状態を評価するための劣化評価用パラメータが算出され、この劣化評価用パラメータを所定の判定値と比較することにより、触媒１３が劣化した状態であるか否かが判断される。尚、この触媒劣化評価処理のより具体的な手法は、上記特開２００１−２４１３４９号公報に詳細に説明されているので、ここではさらなる説明を省略する。また、触媒１３の劣化状態を評価する手法は、上記特開２００１−２４１３４９号公報に開示されたものに限られるものではなく、触媒の上流側及び下流側の空燃比センサの両者の検出出力を用いて触媒の劣化状態を評価する等、他の手法を用いてもよい。
【００３０】
ところで、前記触媒劣化評価処理は、触媒１３が昇温・活性化していることを一つの条件として実行される。これは、触媒１３が活性化していない状態では、触媒１３による排ガスの浄化作用（酸化・還元反応）が十分に機能しないため、触媒１３の劣化状態がＯ2センサ１５の検出出力VO2等に適正に反映せず、ひいては、触媒１３の劣化状態を正当に評価することができないからである。
【００３１】
そこで、本実施形態では、ＥＣＵ２は、エンジン１の運転開始時（始動時）から前記触媒温度推定処理を実行して、触媒１３の推定温度を逐次求める。そして、ＥＣＵ２は、この推定温度に基づいて、触媒１３が活性化しているか否か、すなわち、触媒１３が暖機状態にあるか否かを逐次判断する。この触媒温度推定処理（触媒１３の暖機の判断も含む）は、図示しないイグニッションスイッチのＯＮ操作によりＥＣＵ２が起動した後、図２のフローチャートに示すルーチン処理をＥＣＵ２が所定のサイクルタイム（例えば１０ms周期）で実行することでなされる。
【００３２】
図２を参照して、ＥＣＵ２は、まず、ＳＴＥＰ１において、現在タイミングが始動モードであるか否かを判断する。始動モードは、図示しないスタータモータにより、エンジン１のクランキングを行いつつ、エンジン１を始動させる（燃焼運転を開始させる）モードである。
【００３３】
このとき始動モードである場合には、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ２で初期化完了フラグF/TCTINIを「１」に設定した後、ＳＴＥＰ３の判断処理を実行する。このＳＴＥＰ３では、ＥＣＵ２は、前記水温センサ１０による冷却水温TWの検出値（現在値）と、吸気温度センサ６による吸気温度TAの検出値（現在値）とを比較する。このとき、TW＞TAである場合には、ＥＣＵ２は、吸気温度TAの検出値を、触媒１３の推定温度TCT（以下、触媒推定温度TCTという）の初期値TCT(0)として設定する（ＳＴＥＰ４）。また、ＳＴＥＰ３でTW≦TAである場合には、ＥＣＵ２は、冷却水温TWの検出値を、触媒推定温度TCTの初期値TCT(0)として設定する（ＳＴＥＰ５）。
【００３４】
これらのＳＴＥＰ３〜５の処理が、始動モードにおいて実行されることにより、エンジン１の始動時における吸気温度TA及び冷却水温TWのいずれか小さい方、すなわち、MIN（TA，TW）が触媒推定温度TCTの初期値TCT(0)として求められることとなる。
【００３５】
尚、ＥＣＵ２はＳＴＥＰ４又は５で初期値TCT(0)を設定した後には、ＳＴＥＰ１０〜１２の処理を実行し、今回のサイクルタイムにおける触媒温度推定処理を終了する。ＳＴＥＰ１０〜１２は、触媒３が暖機状態であるか否かを判断する処理（以下、触媒暖機判定処理という）であり、これについては後述する。
【００３６】
エンジン１が正常に始動すると、始動モードが終了し、ＳＴＥＰ１の判断結果がＮＯとなる。このとき、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ６で初期化完了フラグF/INIの値が「１」であること、すなわち、触媒推定温度TCTの初期値TCT(0)を算出済みであることを確認した後、ＳＴＥＰ７において、カウントダウンタイマTMの値を判断する。このカウントダウンタイマTMは、触媒推定温度TCTを更新する周期を計時するものであり、エンジン１の始動時に所定値TM０（例えば２００ms）に初期化されている。そしてＳＴＥＰ７で、TM＞０である場合には、触媒推定温度TCTの更新周期のカウント中であるので、ＥＣＵ２は、触媒推定温度TCTを現在値（始動モードの終了直後では、TC T＝TCT(0)）に保持したまま、ＳＴＥＰ１０〜１２の触媒暖機判定処理を実行し、今回のサイクルタイムの処理を終了する。
【００３７】
ＳＴＥＰ６で、TM＝０である場合には、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ８でカウントダウンタイマTMを前記所定値TM０に初期化（リセット）した後、ＳＴＥＰ９において、触媒推定温度TCTの更新処理を実行する。そして、この更新処理の後、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ１０〜１２の触媒暖機判定処理を実行し、今回のサイクルタイムの処理を終了する。従って、ＳＴＥＰ９の更新処理は、上記所定値TM０、すなわちカウントダウンタイマTMの初期値TM０により定まる周期（これは図２の全体の処理の周期よりも長い）で実行される。尚、以下の説明では、ＳＴＥＰ９の処理の周期を推定温度更新サイクルということがある。
【００３８】
ＳＴＥＰ９における更新処理は、図３のフローチャートに示すように実行される。まず、概要を説明すると、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ９−１〜９−１２の処理によって、エンジン１の現在の運転状態が継続したとした場合に最終的に到達する（収束する）と予測される触媒１３の温度、すなわち触媒１３の定常推定温度TCTMを求めると共に、触媒推定温度TCTを以下に説明するなまし処理により求める（更新する）ために用いるなまし係数Ｃxとを設定する。そして、ＳＴＥＰ９−１３において、ＥＣＵ２は、次式（１）のなまし処理の演算により、触媒推定温度TCTを更新し、新たな触媒推定温度TCT(k)を求める。
【００３９】
TCT(k)＝Ｃx・TCTM＋（１−Ｃx）・TCT(k-1)          ……（１）
ここで、式（１）における添え字ｋは、ＳＴＥＰ９の処理のサイクルタイム、すなわち、推定温度更新サイクルの番数を意味しており、TCT(k)は、今回の推定温度更新サイクルで新たに求められる触媒推定温度、TCT(k-1)は、前回の推定温度更新サイクルで求められた触媒推定温度を意味している。従って、式（１）のなまし処理の演算は、触媒推定温度TCTの更新前の最新値TCT(k-1)と、エンジン１の現在の運転状態に対応した触媒１３の定常推定温度TCTMと、これらに係る係数としてのなまし係数Ｃxとを用いて行われる。尚、エンジン１の始動後、初めてＳＴＥＰ９の処理を実行する場合における触媒推定温度TCTの初期値（起点）TCT(0)は、前述のように始動モードで求められた値である。
【００４０】
このような式（１）により表されるなまし処理によって、触媒１３の定常推定温度TCTMに応答遅れ（一次遅れ）を有して追従する値が、触媒推定温度TCTとして逐次求められることとなる。この場合、式（１）のなまし係数Ｃx（０＜Ｃx＜１）は、上記応答遅れの度合いを示すものであり、該なまし係数Ｃxが大きい程、触媒推定温度TCTが迅速に定常推定温度TCTMに収束することとなる。
【００４１】
前記式（１）の演算を実行する（触媒推定温度TCTを更新する）前のＳＴＥＰ９−１〜９−１２の処理は、次のように行われる。すなわち、ＥＣＵ２は、まず、ＳＴＥＰ９−１において、前記回転数センサ９及び吸気管内圧センサ５によるエンジン１の回転数NE及び吸気管内圧PBAの検出値（現在値）に基づいて、触媒１３の定常推定温度の基本値TCTMXを求める。該基本値TCTMXは、現在の回転数NE及び吸気管内圧PBAを継続的に維持したとした場合におけるエンジン１の定常運転状態で、最終的に到達する（収束する）と予測される触媒１３の温度を意味するものである。尚、この場合の定常運転状態では、エンジン１の点火時期や空燃比が常用的な値になっており、また、排ガスをエンジン１の吸気側に供給するようなことも行われていないものとする。
【００４２】
このような基本値TCTMXは、回転数NE及び吸気管内圧PBAの検出値から、それらをパラメータとしてあらかじめ定められたマップ（これは回転数NE及び吸気管内圧PBAと、基本値TCTMXとの相関関係を表す）に基づいて求められる。この場合、該基本値TCTMXは、基本的には回転数NEが大きい程、より高い温度になり、また、吸気管内圧PBAが大きい程、より高い温度になる。
【００４３】
次いで、ＥＣＵ２は、エンジン１のフュエルカット中であるか否かをＳＴＥＰ９−２で判断する。このとき、フュエルカット中でない場合には、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ９−３において、エンジン１の回転数NE及び吸気管内圧PBAの検出値（現在値）に基づいて、前記式（１）で用いるなまし係数Ｃxを設定する。このなまし係数Ｃxは、例えば図４に示すように、回転数NE及び吸気管内圧PBAをパラメータとしてあらかじめ定められたデータテーブルに基づいて設定される。この場合、なまし係数Ｃxは、基本的には、回転数NEが大きい程、より大きな値に設定され、また、吸気管内圧PBAが大きい程、より大きな値に設定される。
【００４４】
次いで、ＥＣＵ２は、エンジン１の点火時期の遅角制御中であるか否かをＳＴＥＰ９−４で判断する。ここで、本実施形態では、例えばエンジン１の冷間始動時のように触媒１３が冷えていると予測される場合には、触媒１３の活性化を早めるためにエンジン１の点火時期を常用点火時期よりも遅角側に制御するようにしている。これは、点火時期を常用的な点火時期よりも遅角側に制御することで、排ガスの熱量が大きくなり、触媒１３の昇温・活性化が早まるからである。尚、このような遅角制御は公知の技術であるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００４５】
そして、ＥＣＵ２は、点火時期の遅角制御中でない場合には、その点火時期の遅角量ΔDIG（常用点火時期に対する遅角量）を「０」とする（ＳＴＥＰ９−５）。また、遅角制御中である場合には、ＥＣＵ２は、点火時期の遅角量ΔDIGを算出する（ＳＴＥＰ９−６）。
【００４６】
次いで、ＳＴＥＰ９−７において、ＥＣＵ２は、エンジン１の回転数NEの現在値に基づいて、点火時期の単位遅角量当たりの触媒３の温度上昇量ΔTCTIG（前記基本値TCTMXからの温度上昇量）を求める。すなわち、点火時期の遅角制御中は、排ガスの熱量が多くなるため、エンジン１の回転数NE及び吸気管内圧PBAが一定に維持される定常運転状態における触媒３の定常温度（最終的に収束する触媒３の温度）は、前記基本値TCTMXよりも上昇し、この上昇量は、遅角量ΔDIGに概ね比例する。そこで、本実施形態では、このような触媒１３の温度上昇量を単位遅角量当たりで表現したものを上記温度上昇量ΔTCTIGとして求めるようにしている。
【００４７】
このような温度上昇量ΔTCTIGは、例えば図５に示すように、回転数NEをパラメータとしてあらかじめ定められたデータテーブルに基づいて求められる。この場合、温度上昇量ΔTCTIGは、基本的には、回転数NEが大きくなる程、小さな値になる。
【００４８】
次いで、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ９−８において、エンジン１の現在の運転状態に対応する触媒１３の定常推定温度TCTMを、前記基本値TCTMXから次式（２）により算出する。
【００４９】
0003810708.tif 000002
ここで、式（２）の右辺第２項ΔTCTIG・ΔDIGは、点火時期の現在の遅角量ΔDIGに対応する触媒１３の温度上昇量を意味している。点火時期の遅角制御中は、前述のように触媒１３の定常温度が上昇するので、この温度上昇量ΔTCTIG・ΔDIGを基本値TCTMXに加算することで、該基本値TCTMXを補正する。
【００５０】
また、右辺第３項ΔTCTEGR・（１−KEGR）中のKEGRは、前記ＥＧＲ通路１６を介して排ガスの一部をエンジン１の吸気側に還流させるようにＥＣＵ２がＥＧＲ制御弁１７を制御している場合に（以下、この制御をＥＧＲ制御という）、エンジン１の燃料噴射量（燃料噴射弁７の開弁時間）を、エンジン１の回転数NE及び吸気管内圧PBA等に応じた基本燃料噴射量よりも減少側に補正するための補正係数（基本燃料噴射量に乗算する補正係数）である。従って、０＜KEGR≦１で、ＥＧＲ制御を行っていないとき（ＥＧＲ制御弁１７の閉弁状態）には、KEGR＝１である。尚、ＥＧＲ制御は、エンジン１の所定の運転条件下で、排ガス中の未燃ガスをエンジン１の吸気系に戻して燃焼させるためにＥＣＵ２が適宜実行する制御であり、公知の技術である。
【００５１】
このようなＥＧＲ制御を行っているときには、該ＥＧＲ制御を行っていないときよりも、排ガスの温度が低くなる傾向があり、ひいては、触媒１３の定常温度が前記基本値TCTMXよりも下がる。そこで、本実施形態では、（１−KEGR）（これはＥＧＲ制御による排気還流の度合いを示す）に所定の係数ΔTCTEGRを乗算してなる値ΔTCTEGR・（１−KEGR）を基本値TCTMXから減算することで、該基本値TCTMXを補正する。
【００５２】
また、右辺第４項ΔTCTWOT・（KWOT−１）中のKWOTは、スロットル弁４が略全開状態であることを前記スロットル弁開度センサ８の検出信号によりＥＣＵ２が把握した場合に、エンジン１の燃料噴射量（燃料噴射弁７の開弁時間）を、エンジン１の回転数NE及び吸気管内圧PBA等に応じた基本燃料噴射量よりも増加側に補正するための補正係数（基本燃料噴射量に乗算する補正係数）である。従って、KWOT≧１で、スロットル弁４が略全開状態で無いときにはKWOT＝１である。
【００５３】
このようにスロットル弁４が略全開状態で燃料噴射量の増量を行っているときには、排ガスの温度が低くなる傾向があり、ひいては、触媒１３の定常温度が前記基本値TCTMXよりも下がる。そこで、本実施形態では、（KWOT−１）（これは燃料噴射量の増量度合いを示す）に所定の係数ΔTCTWOTを乗算してなる値ΔTCTWOT・（KWOT−１）を基本値T CTMXから減算することで、該基本値TCTMXを補正する。
【００５４】
上述のようにして、ＳＴＥＰ９−８では、式（２）により、基本値TCTMXが点火時期の遅角度合い、排ガスの吸気系への還流度合い、スロットル弁４の略全開状態における燃料噴射量の増量度合いに応じて補正される。これにより、エンジン１の運転状態が継続する定常運転状態において最終的に到達する触媒３の温度としての定常温度の推定値、すなわち触媒１３の定常推定温度TCTMが求められる。
【００５５】
一方、前記ＳＴＥＰ９−２において、エンジン１のフュエルカット中である場合には、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ９−９において、前記なまし係数Ｃxをフュエルカット中における専用的な所定値に設定する。さらに、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ９−１０において、触媒１３の定常推定温度TCTMをフェルカット中における専用的な所定値（例えば２５０℃）に設定する。このように、フェルカット中におけるなまし係数Ｃx及び定常推定温度TCTMの設定を他の場合と区別するのは、フュエルカット中は、エンジン１での混合気の燃焼が行われないため触媒３の温度変化が、フュエルカットを行っていない通常のエンジン１の運転状態の場合とは大きく異なるものとなるからである。
【００５６】
前述のようにして、ＳＴＥＰ９−８又はＳＴＥＰ９−１０で定常推定温度TCTMを求めた後、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ９−１１において、触媒推定温度TCTの現在値TCT(k-1)（前回の推定温度更新サイクルで求めた触媒推定温度）に基づいて、前記ＳＴＥＰ９−３又は９−９で求めたなまし係数Ｃxを補正するための補正係数KC（０＜KC≦１）を求める。そして、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ９−１２において、この補正係数KCをＳＴＥＰ９−３又は９−９で求めたなまし係数Ｃxに乗算することにより、該なまし係数Ｃxを補正して、最終的に今回の推定温度更新サイクルにおける式（１）のなまし処理で用いるなまし係数Ｃxを決定する。この場合、ＳＴＥＰ９−１２では、上記補正係数KCは、例えば図６に示すように、触媒推定温度TCTをパラメータとしてあらかじめ定められたデータテーブルに基づいて設定される。すなわち、補正係数KCは、触媒推定温度TCTの現在値TCT(k-1)が比較的低い温度領域（本実施形態では３５０℃以下の温度領域）において、「１」よりも小さな値に設定される。従って、今回のサイクルタイムにおける最終的ななまし係数Ｃxは、エンジン１の始動直後等、触媒１３の温度が比較的低い状態（触媒１３の温度＜３５０℃の状態）では、通常よりも小さめの値に設定される。
【００５７】
これは次の理由による。すなわち、触媒１３の温度が低い状態では、排ガスの浄化作用が十分に機能しないため、酸化・還元反応による触媒１３自体の発熱が小さい。このため、触媒１３の温度が低い状態では、高い状態（触媒１３の温度≧３５０℃の状態）よりも、触媒１３の昇温が遅れ気味となりやすい。また、本実施形態では、触媒１３が確実に暖機状態となった後に触媒１３の劣化状態を評価するために、触媒推定温度TC Tの誤差が、触媒１３の真の温度よりも高温側に生じる（触媒推定温度TCTが触媒１３の真の温度よりも高いものとなる）ことは好ましくない。このようなことから、本実施形態では、前記のように設定した補正係数KCによりなまし係数Ｃxを補正することにより、触媒１３の温度が低い状態では、該温度が高い状態よりも、触媒推定温度TCTの上昇が多少遅れ気味に生じるようにしている。
【００５８】
以上説明したＳＴＥＰ９−１〜９−１２の処理により、触媒１３の定常推定温度TCTMとなまし係数Ｃxとが、ＳＴＥＰ９の処理のサイクルタイム毎に求められる。そして、ＥＣＵ２は、前述のように、ＳＴＥＰ９−１３において、これらのTCTM及びＣxを用いて前記式（１）のなまし処理の演算を行うことにより、触媒温度推定値TCTを逐次更新する。このようなＳＴＥＰ９の処理により、触媒推定温度TCTが該ＳＴＥＰ９の処理の実行周期毎に（推定温度更新サイクル毎に）、逐次求められることとなる。そして、この場合、定常推定温度TCTM及びなまし係数Ｃxを前述のように設定することで、エンジン１の運転状態によらずに、精度のよい触媒推定温度TCTが求められる。
【００５９】
図２のフローチャートの説明に戻って、ＳＴＥＰ１０〜１２の触媒暖機判定処理は、次のように実行される。すなわち、ＥＣＵ２は、ＳＴＥＰ１０において、前述のように求めた触媒推定温度TCTの現在値を所定の判定閾値TCTH（例えば約３５０℃）と比較する。そして、ＥＣＵ２は、TCT＞TCTHであるときには、触媒１３が暖機状態にあるとして、触媒暖機判定フラグF/TCATの値を「１」に設定し（ＳＴＥＰ１１）、TCT≦TCTHであるときには、触媒暖機判定フラグF/TCATの値を「０」に設定する。
【００６０】
この場合、本実施形態では、上記判定閾値TCTHは、実際には、単一の閾値ではなく、ヒステリシス特性を持たせている。より具体的には、判定閾値TCTHは、値が若干異なる２種類の判定閾値TCTH1（例えば４００℃），TCTH2（＜TCTH1で、例えば３５０℃）から成り、エンジン１の始動後、触媒推定温度TCTが高温側の判定閾値TCTH1を越えるまでは、ＳＴＥＰ１０での判定閾値TCTHとして、高温側の判定閾値TCTH1が用いられる。そして、触媒推定温度TCTが高温側の判定閾値TCTH1を越えた後は、触媒推定温度TCTが低温側の判定閾値TCTH2以下に低下するまで、ＳＴＥＰ１０での判定閾値TCTHとして、低温側の判定閾値TCTH2が用いられる。さらに、触媒推定温度TCTが、低温側の判定閾値TCTH2以下に低下したときには、ＳＴＥＰ１０での判定閾値TCTHとして、再び、高温側の判定閾値TCTH1が用いられる。以後、上記と同様に、判定閾値TCTHの切換が適宜行われる。このようにＳＴＥＰ１０の判定閾値TCTHにヒステリシス特性をもたせることにより、触媒推定温度TCTが外乱等の影響で判定閾値TCTH1，ＴCTH2の付近で変動を生じるような場合であっても、触媒暖機判定処理の結果（触媒１３が暖機状態であるか否かの判定結果）が安定する。
【００６１】
尚、以上説明した本実施形態では、触媒推定温度TCTを、触媒１３の劣化状態を評価するための触媒暖機判定処理で用いる場合を例に採って説明したが、例えば前記従来技術で説明したようなＨＣ吸着材を排気系に備えたシステムで、触媒が暖機状態であるかを判断するために触媒推定温度TCTを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を含む装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図１の装置による触媒の温度推定処理を示すフローチャート。
【図３】図２のフローチャートのサブルーチン処理を示すフローチャート。
【図４】図３の処理で用いるデータテーブルを示す線図。
【図５】図３の処理で用いるデータテーブルを示す線図。
【図６】図３の処理で用いるデータテーブルを示す線図。
【符号の説明】
１…エンジン（内燃機関）、２…電子制御ユニット（触媒の温度の推定手段）、１２…排気通路、１３…触媒。
【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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