JP2004052555A

JP2004052555A - Catalyst temperature estimation device

Info

Publication number: JP2004052555A
Application number: JP2002206671A
Authority: JP
Inventors: Kojiro Okada; 岡田　公二郎; Yasuki Tamura; 田村　保樹; Masanori Ishido; 石戸　昌典
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】本発明は、簡素な構成で触媒の温度を精度良く推定できるようにする。
【解決手段】排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定装置において、触媒の温度を推定する触媒温度推定手段４０１と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段４０５と、運転状態検出手段４０５によりエンジンの減速運転状態が検出されると、触媒温度を、エンジンの通常運転状態における推定手法とは異なる手法で推定される値に変更する触媒温度変更手段４３０とをそなえるように構成する。
【選択図】　　　　図１An object of the present invention is to accurately estimate the temperature of a catalyst with a simple configuration.
Kind Code: A1 A catalyst temperature estimating device for estimating the temperature of an exhaust gas purifying catalyst for purifying harmful substances in exhaust gas, a catalyst temperature estimating device for estimating a catalyst temperature, and an operating state detecting device for detecting an operating state of an engine. 405, and a catalyst temperature changing unit 430 that changes the catalyst temperature to a value estimated by a method different from the estimation method in the normal operation state of the engine when the deceleration operation state of the engine is detected by the operation state detection unit 405. It is configured to have
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両に用いて好適の触媒温度推定装置に関し、特に、エンジンの排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気系に介装される排気浄化触媒（以下、単に触媒という）は、一般に高温且つ酸化雰囲気下（リーン空燃比）になるほどシンタリング（担体に保持された粒子が高温下で相互に凝集して粒子径が大きくなる現象）等により熱劣化しやすいという特性がある。したがって、触媒の耐熱温度は、一般に触媒が還元雰囲気下（リッチ空燃比）のときよりも酸化雰囲気下のときの方が低くなる。
【０００３】
このため、触媒の熱劣化を抑制するためには、触媒が高温且つ酸化雰囲気下となるような事態を的確に回避する必要がある。
ところで、近年においては、ＣＯ_２低減（即ち、燃料消費量低減）を図ることを目的として減速時にエンジンへの燃料供給を全気筒又は一部気筒について一時的に停止（燃料カット）する減速燃料カット装置を搭載した車両が実用化されている。
【０００４】
しかし、このような減速燃料カット時には、燃料カットした気筒から空気のみが排出されることになるため、結果的に排気空燃比がリーン空燃比となりやすい。
したがって、このようなエンジンの場合、燃料カット時に、触媒コンバータが酸化雰囲気下且つ高温になる機会が多くなる。
【０００５】
そこで、触媒の温度を温度センサにより検出し、触媒温度が高温となるときには減速燃料カットを禁止するようにした技術が提案されている（例えば特開昭５５−１３７３３９号公報）。また、上記以外にも、触媒床温を吸入空気量から推定し、触媒床温が高い時には減速燃料カットを禁止するようにしたり、或いはエンジン回転速度とエンジン負荷とに基づいて減速燃料カットを禁止したりする技術が提案されている（例えば特開平８−１４４８１４号公報）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術のうち、温度センサを用いて触媒温度を直接検出しようとした場合、温度センサを触媒担体に取り付けることは困難であるため、直接的に触媒温度を正確に検出することはできない。このため、温度センサを触媒のいずれかの位置に取り付けることになるが、この場合には測定誤差が生じるという課題がある。また、温度センサを新たに追加する必要があるのでコスト増を招くという課題がある。
【０００７】
また、触媒温度を吸入空気量から推定する手法では、排気温度に関して全く考慮されていないため、推測精度が低いという課題がある。
また、触媒は熱容量が大きいため応答遅れがあり、ある程度熱容量を与えられてから温度が上昇する。これに対して、エンジン回転速度とエンジン負荷とに基づいて燃料カットを禁止する手法では、瞬時瞬時の運転条件から判断しているのみで触媒温度上昇の応答遅れは全く考慮されていないという課題がある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成で触媒の温度を精度良く推定できるようにした、触媒温度推定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の触媒温度推定装置は、エンジンの排気通路に設けられて排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定装置において、該触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、該エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段により該エンジンの減速運転状態が検出されると、該触媒温度を、該エンジンの通常運転状態における推定手法とは異なる手法で推定される値に変更する触媒温度変更手段とを有していることを特徴としている。
【００１０】
したがって、減速運転状態時にも高い精度で触媒温度を推定することができる。
また、請求項２記載の本発明の触媒温度推定装置は、上記請求項１において、該運転状態検出手段は、該エンジンの減速状態が検出された場合には、燃料カット制御及び燃料カット禁止制御のいずれの状態であるかを判定するとともに、該触媒温度変更手段は、該燃料カット制御と該燃料カット禁止制御とで触媒温度推定値を異なる値に設定する、もしくは触媒温度推定手法を変更することを特徴としている。
【００１１】
ここで、燃料カット制御中には燃料噴射が禁止されて燃焼が行なわれないため、燃料カット禁止制御中とは排気温度が大きく異なり、これにより触媒温度も大きく異なる。そこで、減速運転状態時には、燃料カット制御時と燃料カット禁止制御時とで触媒温度推定値を異なる値に設定する、もしくは触媒温度推定手法を変更することにより、より高い精度で触媒温度を推定することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の本発明の触媒温度推定装置は、上記請求項１又は２において、該エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、該排気通路における排気流量を検出する排気流量検出手段とを有し、該触媒温度推定手段は、該エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と該排気流量検出手段で検出された排気流量とに基づき該触媒の温度を推定することを特徴としている。
【００１３】
したがって、温度センサ等の新たな部品を設けることなく触媒温度を推定できるため、コスト増を回避することができる。また、触媒の温度を推定する際に排気流量を用いることにより、排気流による触媒の冷却が考慮されることとなり、精度良く触媒温度を推定することができる。また、このように高い精度で触媒温度を推定できるので、触媒の熱劣化を確実に防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置について説明すると、図１はその全体構成を示す模式図、図２はその要部構成を示す模式的なブロック図である。
図１に示すエンジン１はシリンダ内に直接燃料を供給する、いわゆる筒内噴射型火花点火式エンジンであって、吸気行程での燃料噴射（吸気行程噴射）及び圧縮行程での燃料噴射（圧縮行程噴射）を切り換え可能に構成されている。
【００１５】
この筒内噴射型エンジン１は、理論空燃比（ストイキオ）での運転や過濃空燃比（リッチＡ／Ｆ）での運転（リッチ空燃比運転）や希薄空燃比（リーンＡ／Ｆ）での運転（リーン空燃比運転）が可能であり、種々のパラメータから得れる条件に応じて上述の複数の運転モードが切り換えられるようになっている。
また、エンジン１のシリンダヘッド２には、各気筒毎に点火プラグ４及び燃料噴射弁６がそれぞれ配設されており、点火プラグ４には高電圧を出力する点火コイル８が接続されている。
【００１６】
また、燃料噴射弁６には、燃料パイプ７を介して図示しない燃料供給装置が接続されている。この燃料供給装置は、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとを有しており、燃料タンク内の燃料を低圧或いは高圧に加圧した後、燃料を上記燃料パイプ７を介して燃料噴射弁６に供給するようになっている。
シリンダヘッド２には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポート９が形成されており、各吸気ポート９の上端には吸気マニホールド１０の一端がそれぞれ接続されている。また、図示するように、吸気マニホールド１０には、吸入空気量を調節するドライブバイワイヤ式のスロットル弁１４、上記スロットル弁１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）１６及び吸入空気量を計測する吸気量センサ（エアフローセンサ又はＡＦＳ）１８（Ｌジェトロニック方式により燃料制御を行なう場合に主に使用）が設けられている。さらに、この吸気マニホールド１０内の圧力（負圧）を検出するための圧力センサ４４〔スピードデンシティ方式（Ｄジェトロニック方式）により燃料制御を行なう場合に主に使用〕も設けられている。
【００１７】
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎に排気ポート１１が形成され、この各排気ポート１１に排気マニホールド１２がそれぞれ接続されている。また、排気マニホールド１２には排気管（排気通路）２０が接続されており、この排気管２０には、排気浄化触媒として三元触媒（触媒コンバータ、又は単に触媒という）３０が介装されている。
【００１８】
三元触媒３０は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ），コバルト（Ｃｏ），銀（Ａｇ），白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ），パラジウム（Ｐｄ），イリジウム（Ｉｒ）のいずれかを有して構成され、排ガス中のＨＣ，ＣＯを酸化するとともにＮＯｘを還元，除去可能に構成されている。また、排気管２０には、Ｏ_２センサ２２が設けられている。
【００１９】
ＥＣＵ４０は、入出力装置，記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等），演算装置（ＣＰＵ），タイマカウンタ等を備えて構成されており、このＥＣＵ４０により、エンジン１の総合的な制御が実行されるようになっている。
また、ＥＣＵ４０の入力側には、上述したＴＰＳ１６，吸気量センサ１８，Ｏ_２センサ２２，圧力センサ４４及びエンジン１のクランク角度を検出するクランク角センサ４２等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力されるようになっている。なお、クランク角センサ４２により検出されるクランク角度に基づきエンジン回転速度Ｎｅが演算されるようになっている。
【００２０】
また、ＥＣＵ４０には、エンジンの燃焼状態を制御する燃焼状態制御手段４１０が設けられており、この燃焼状態制御手段４１０によりエンジン１への吸入空気量又は燃料供給量の少なくとも一方が制御されてエンジン１の燃焼状態が制御されるようになっている。
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上述の燃料噴射弁６，点火コイル８，スロットル弁１４等の各種の出力デバイスが接続されており、これら出力デバイスには、各種センサ類からの情報に基づいて、燃焼状態制御手段４１０で空燃比（Ａ／Ｆ）が演算又は設定され、このＡ／Ｆとなるように燃料噴射量（燃料噴射弁６の駆動パルス幅），スロットル開度等が設定されるとともに、燃料噴射時期や点火時期等の各信号がそれぞれ出力されるようになっている。そして、これにより、燃料噴射弁６から適正なタイミングで適正量の燃料が噴射され、点火プラグ４により適正なタイミングで火花点火が実施され、適正なタイミングで適正な開度となるようスロットル弁１４が開閉駆動されるようになっている。
【００２１】
また、このエンジン１では、燃費を向上させる目的で、エンジン１の減速走行時において燃料供給を停止する、いわゆる減速燃料カット制御（又は単に燃料カットという）が実施可能に構成されている。
すなわち、図２に示すように、ＥＣＵ４０内にはエンジン１の運転状態を検出又は判定する運転状態検出手段４５０が設けられており、さらに、この運転状態検出手段４５０には、エンジン１の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段４１１及び減速走行状態であるか否かを検出（又は判定）する減速状態検出手段（又は減速状態判定手段）４２０が設けられている。
【００２２】
このうち、減速状態検出手段４２０にはドライバのアクセル踏み込み開度やアクセル踏み込み状態を検出又は判定するアクセル開度センサ（図示省略）、車速を検出する車速センサ（図示省略）、エンジン回転速度Ｎｅを検出するエンジン回転速度センサ（クランク角センサ４２）等が接続されている。
そして、減速状態検出手段４２０は、例えば車速が所定値以上で、且つドライバがアクセルペダルの踏み込みを中止（アクセルＯＦＦ）している状態を検出すると、減速走行状態（又は単に減速状態という）と判定する。また、この減速状態が判定されている場合に、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上である状態が検出されると、燃焼状態制御手段４１０により、燃料噴射弁６からの燃料噴射が禁止されて減速燃料カット制御が実行されるようになっている。
【００２３】
また、この燃焼状態制御手段４１０には、減速状態が判定され且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上である場合に、エンジン１ヘの燃料供給を停止させる信号を出力する燃料供給停止手段（図示省略）が設けられている。
なお、この実施形態では、減速燃料カット制御は全気筒について実施されるように構成されているが、一部気筒についてのみ実施するように構成してもよい。
【００２４】
一方、触媒３０が高温下にあると推定される場合には、減速状態が判定されても、触媒３０を保護する目的でこの減速燃料カットが禁止されるようになっている。
以下、本発明の要部について説明すると、図２に示すように、ＥＣＵ４０には、エンジン負荷Ｌと排気流量Ｑとに基づき上記触媒３０の温度を推定する触媒温度推定手段４０１を有しており、この触媒温度推定手段４０１により触媒３０の温度（推定値）ｔが所定値（閾値）Ｔ以上であると、上述したように触媒３０を保護するべく減速燃料カットが禁止されるようになっている。
【００２５】
ここで、触媒温度推定手段４０１における触媒温度の推定手法について説明する。図３は試験走行等における触媒温度実測値のデータであるが、図示するように、排気流量と触媒温度との間には吸気管圧力（エンジン負荷）をパラメータとして線形の相関関係があることがわかる。そこで、本発明では、この特性を利用して触媒温度が推定されるようになっている。
【００２６】
即ち、触媒温度をｔ、排気流量をＱとすると、図３に示す実験結果から触媒温度ｔと排気流量Ｑとの間には、下式（１）のような線形の関係が成立する。
ｔ＝ａＱ＋ｂ・・・（１）
上式において、値ａ，ｂは、実車走行時の実測データより最小二乗法を用いて算出することができるものであり、値ａは、図４に示すように吸気管圧に対するマップとして、触媒温度推定手段４０１内の定数記憶手段４０４に予め記憶されている。つまり、値ａは、エンジン負荷Ｌとしての吸気管圧に応じた値に設定される。なお、値ａは、吸気管圧に限らず、体積効率Ｅｖ、吸入空気量、スロットル開度などのエンジン負荷に相関する値に応じた値に設定してもよい。また、値ｂも同様にエンジン負荷Ｌに応じた値に設定してもよい。
【００２７】
また、触媒温度推定手段４０１にはエンジン負荷Ｌとしての体積効率Ｅｖを求めるための体積効率マップ４０２が設けられており、このマップ（図示省略）に記憶された情報に基づき吸気管圧力Ｐとエンジン回転速度Ｎｅとから体積効率Ｅｖが求められるようになっている。
また、触媒温度推定手段４０１には排気流量Ｑを算出する排気流量演算手段４０３も設けられており、エンジン回転速度Ｎｅ及び体積効率Ｅｖを用いて下式（２）により排気流量Ｑが算出されるようになっている。
【００２８】
Ｑ＝１／２×総排気量×（Ｎｅ／６０）×Ｅｖ・・・（２）
ただし、エンジン回転速度Ｎｅの単位は〔ｒｐｍ〕である。
ところで、上述では、エンジン負荷Ｌとして体積効率Ｅｖを適用し、この体積効率Ｅｖに基づき排気流量Ｑを算出しているが、スピードデンシティ方式（Ｄジェトロニック方式）では、体積効率Ｅｖ（エンジン負荷Ｌ）はエンジン回転速度Ｎｅと吸気管圧とから求めているので、クランク角センサ４２及び圧力センサ４４により、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段及び排気流量Ｑを検出する排気流量検出手段が構成されているということができる。なお、排気流量Ｑを吸気管内圧力とエンジン回転速度とから直接算出してもよいし、Ｌジェトロニック方式の場合は吸気量センサ１８で検出される吸気流量との相関から求めてもよい。
【００２９】
また、排気流量検出手段として、排気通路２０に実際に排気流量Ｑを検出するセンサを設けてもよいし、排気流量と相関のあるマップ値から排気流量Ｑを求めてもよい。
また、エンジン負荷を表すパラメータとしては、体積効率Ｅｖ以外にも、吸気管圧，吸入空気量，スロットル開度及び目標Ｐｅ等、エンジン負荷に相関のあるものであれば、どのような値を用いてもよい。
【００３０】
さて、再び図２に戻って触媒温度の推定手法について説明すると、図示すように、触媒温度推定手段４０１には、推定温度ｔを演算により求める推定温度演算手段４０５が設けられており、この推定温度演算手段４０５において、上式（１）により触媒温度ｔが算出されるようになっている。
また、触媒温度推定手段４０１には、上記触媒推定温度演算手段４０５により算出された触媒温度にフィルタ処理を施すフィルタ処理手段４０６をそなえている。そして、上述のように触媒温度ｔの推定値が算出されると、次に、フィルタ処理を実行し、これにより、推定された触媒温度の安定化を図るようになっている。
【００３１】
具体的には、このフィルタ処理手段４０６では、下式（３）により触媒温度フィルタ値が算出されるようになっている。

ただし、ｋはフィルタ定数である。そして、このフィルタ処理手段４０６により処理された触媒温度フィルタ値ｔ_０があらためて触媒温度として出力されるようになっている。
【００３２】
また、フィルタ処理手段４０６には、触媒３０の温度変化状態に応じてフィルタ定数を変更するフィルタ定数変更手段４０７をそなえている。ここで、フィルタ定数変更手段４０７は、触媒３０の温度が上昇しているのか温度が下降しているのかを判定する手段（図示せず）を有しており、この温度状態変化の判定結果に基づいてフィルタ定数ｋを変更するようになっている。
【００３３】
具体的には触媒温度上昇時の方が下降時よりもフィルタ定数ｋが大きな値として設定されるようになっている。
これは、触媒３０の温度が上昇するときと下降するときとでは、温度状態変化のメカニズムが大幅に異なるためである。すなわち、触媒３０の温度が上昇するときには、触媒３０は排気からの受熱及び触媒３０の触媒上での反応熱（主にＨＣ，ＣＯ_２，Ｈ_２等の未燃物の燃焼熱）による受熱により温度状態が変化するのに対し、触媒３０の温度が下降するときには、排気への放熱及び触媒３０のケースから大気への放熱により温度状態が変化する。
【００３４】
もちろん、上述したようにな「排気からの受熱及び触媒３０の反応熱による受熱」や「排気への放熱及び触媒３０のケースから大気への放熱」は、触媒温度上昇時にも下降時にも生じるが、触媒温度が上昇するということは、放熱量よりも受熱量のほうが多いはずであり、温度の上昇時と下降時とでは受熱量と放熱量との相対的なバランスが異なる。
【００３５】
このため、触媒温度の上昇時と下降時とで同じフィルタ定数ｋを用いると、温度推定にずれが生じてしまい、正しい温度推定が困難となる。これは、実験的にすでに確認されている。そこで、本実施形態では、触媒３０の温度上昇時と下降時とでフィルタ定数ｋを別設定して、極力正確に触媒温度を推定するようになっているのである。
【００３６】
ここで、触媒温度が上昇中であるのか又は下降中であるのかの判定手法としては、上式（１）により得られる触媒温度ｔの今回の値と前回の値との差で判定するようにしてもよいし、上式（３）により得られるフィルタ処理後の触媒温度ｔ_０の今回（ｎ）の値と前回（ｎ−１）の値との差に基づき判定するようにしてもよい。ただし、各回のフィルタ処理直前にフィルタ定数ｋを決定するほうがより正確に触媒温度を推定することができるので、触媒温度ｔの今回の値と前回の値との差で判定するほうがより好ましい。
【００３７】
一方、上述したように、ＥＣＵ４０には、エンジン１の燃焼状態（運転状態）を判定する燃焼状態判定手段４１１が設けられている。また、触媒温度推定手段４０１内には、触媒推定温度を補正する触媒温度補正手段４０８が設けられており、この燃焼状態判定手段４１１によりエンジン１の燃焼状態が空燃比の過濃状態（リッチ空燃比）であると判定されると、触媒温度補正手段４０８により触媒温度が低温側に補正されるようになっている。
【００３８】
これは、リッチ運転時には燃料量が比較的多いため、シリンダ内において燃料により冷却が行なわれて排気温度が低下するからである。
そして、このようなリッチ運転時には、触媒温度補正手段４０８では、例えば、フィルタ処理手段４０６でフィルタ処理された触媒推定温度に所定値（例えば０．８５）をかけて触媒温度が補正されるようになっている。
【００３９】
なお、触媒温度補正手段４０８における補正は上述のような手法に限定されるものではなく、例えば、上式（１）における定数ａ，ｂを変更することで触媒温度を補正してもよい。この場合、例えば定数ａ、ｂにそれぞれ１以下の係数をかけることで触媒温度が補正されるようになっている。また、上式（１）により算出された値に所定値（例えば０．８５）をかけて補正を行なってもよい。
【００４０】
そして、このようにして推定（算出）された触媒温度が所定値以上であると判定されると、減速状態検出手段４２０で減速状態が判定されても、触媒３０を保護するべく燃焼状態制御手段４１０により減速燃料カットが禁止されるようになっている。
また、ＥＣＵ４０には触媒温度推定手段４０１で推定された触媒温度ｔの上限値及び下限値を制限する制限手段４４０が設けられており、この制限手段４４０により触媒温度の上下限値がクリップされるようになっている。
【００４１】
ここで、制限手段４４０は、例えば推定温度ｔと上限値ｔ_ＭＡＸとを比較して、小さいほうの値を出力する最小値選択手段と、推定温度ｔと下限値ｔ_ＭＩＮとを比較して、大きいほうの値を出力する最大値選択手段（ともに図示省略）とを有しており、これらの最小値選択手段及び最大値選択手段の作用により、温度推定値ｔの上下限値が制限されるようになっている。
【００４２】
なお、このクリップ値（上限値ｔ_ＭＡＸ，下限値ｔ_ＭＩＮ）は、空燃比がストイキオのときとリッチのときとでそれぞれ異なる設定にしてもよい。これは、上述したようにストイキオ時よりもリッチ時の方が燃料による冷却が期待でき、触媒３０の温度が低くなるためである。この場合には、クリップ値は、ストイキオ時の方がリッチ時よりも高い値となる。
【００４３】
ところで、ＥＣＵ４０には、触媒温度推定変更手段４３０が設けられており、運転状態検出手段４５０に設けられた減速状態検出手段４２０により減速状態が検出又は判定されると、上記触媒温度推定変更手段４３０により、触媒温度を上述したエンジン負荷と排気流量とに基づく推定手法（通常運転状態で推定する手法）で設定される値に代えて、触媒温度ｔ＝所定値（例えば固定値６５０℃）に設定するようになっている。
【００４４】
これは、減速状態では、以下の理由▲１▼〜▲３▼により上述の温度推定式（１）では温度推定誤差が大きくなるからである。
▲１▼減速時には吸入空気量及び燃料噴射量が少ないため、通常運転時に較べて燃焼状態がよくない。このため、排気温度や排気中の未燃成分（触媒３０で反応する）が通常運転時と異なり、触媒温度も異なる。
▲２▼減速時には吸入空気量、即ち、排気流量が少なく、触媒３０の排気流による冷却（熱の持ち去り）が通常運転時に較べて少ないので触媒温度も異なる。なお、排気流による触媒の冷却とは、触媒３０の反応熱により排気温度よりも触媒温度の方が高いとき、排気流により触媒３０から熱が持ちさられ、触媒３０が冷却されることをいう。
▲３▼特に、燃料カット中は、燃料噴射及び燃焼が行なわれていないので、通常運転時（燃焼時）とは排気温度自体が異なり、触媒温度が全く異なる。
【００４５】
また、上記▲１▼〜▲３▼以外にも、減速状態時においては、触媒反応熱の発生度合は触媒温度に対する依存度合が高い。具体的には、触媒温度が高いほど触媒３０の活性度合が高く反応性も高いので、排ガス中の未燃成分（ＨＣ，ＣＯ，Ｈ_２等）の反応が活発になり、触媒温度はさらに高くなる。
また、燃料カット制御又は燃料カット禁止制御の開始時点における触媒３０の担体（ウォッシュコートを含む）の持つ熱量は、燃料カット制御又は燃料カット禁止制御中に放出されて触媒温度が上昇するが、熱量は触媒温度（より正確には減速開始時の触媒温度）に相関する。
【００４６】
このような理由により、減速状態判定時には触媒３０での反応熱が触媒温度に与える影響が大きく、上述の推定温度算出式（１）では精度の高い温度推定が困難となる。
そこで、このよう減速状態のときには、本実施形態では、触媒推定温度＝所定値ｔ_１（例えば６５０℃）に設定されるようになっている。
【００４７】
なお、上述は所定値ｔ_１を固定値とした場合の一例であるが、この所定値ｔ_１は、例えば減速状態判定時における触媒温度推定値ｔ〔式（１）で算出された温度推定値〕に対するマップとして設定してもよい。また、所定値ｔ_１を減速状態判定時における触媒温度，排気流量，空燃比，燃料噴射量及び触媒担体容量（ウォッシュコートを含む）のうち、いずれか１つに対応したマップとしてもよい。なお、上述のパラメータのうち触媒担体容量は一定値であり走行状態に応じて変動するような値ではない。したがって、この触媒担体容量を用いる場合には、他のパラメータと組み合わせて適用することになる。
【００４８】
また、運転状態検出手段４５０に設けられた減速状態判定手段４２０により、燃料カット制御状態（即ち、アクセルオフで、且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上で、且つ触媒温度が所定値未満の状態）であるか、又は燃料カット禁止制御状態（即ち、アクセルオフで、且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上で、且つ触媒温度が所定値以上の状態）であるかを判定してこの判定結果に基づき所定値ｔ_１を異なる値に設定してもよい。この場合には、減速燃料カット中における触媒温度推定値を燃料カット禁止制御中の触媒温度推定値とは別の値、具体的には小さい値に設定するのが好ましい。これは、減速燃料カット中には燃料噴射が禁止されて燃焼が行なわれないため、燃料カット禁止時（燃焼時）とは排気温度が異なり、触媒温度が大きく異なるからである。
【００４９】
また、減速燃料カット中と燃料カット禁止時で触媒温度推定手法を変更してもよい。例えば、燃料カット中は触媒温度推定値を固定値もしくはエンジン回転速度に対するマップ値とし、燃料カット禁止中は、エンジン回転速度、負荷、現時点の触媒温度のうち、少なくとも２つに対するマップとすればよい。
そして、上述したように、触媒３０の温度推定値ｔが所定値（閾値）Ｔ以上であると、触媒３０を保護するべく減速燃料カットが禁止されるようになっている。また、この場合には、リッチ空燃比又はストイキオ空燃比で運転が行なわれるようになっている。
【００５０】
なお、この閾値Ｔは、触媒３０がリーン雰囲気下で劣化し始める温度（リーン耐熱温度）に設定されている。この値は触媒により異なるが、略７００〜９００℃の値となる。
本発明の一実施形態に係る触媒温度推定装置は、上述のように構成されているので、以下のようにして触媒温度が推定される。
【００５１】
まず、クランク角センサ４２及び圧力センサ４４により検出されたエンジン回転速度Ｎｅ及び吸気管圧Ｐに基づき、体積効率マップ４０２において体積効率Ｅｖ（エンジン負荷Ｌ）が求められる。また、排気流量演算手段４０３において、エンジン回転速度Ｎｅ及び体積効率Ｅｖから上式（２）により排気流量Ｑが算出される。
【００５２】
一方、定数記憶手段４０４に予め記憶されたマップに基づき吸気管圧Ｐから定数ａ，ｂが設定される。そして、推定温度演算手段４０５において、定数ａ，ｂ及び排気流量Ｑを用いて上式（１）により触媒温度ｔが算出される。
次に、フィルタ処理手段４０６において、上式（３）よりフィルタ処理が実行され、触媒温度ｔの安定化が図られる。そして、このフィルタ処理手段４０６により処理された触媒温度フィルタ値ｔ_０があらためて触媒温度ｔとして出力される。
【００５３】
また、式（３）で用いられるフィルタ定数ｋは、触媒３０の温度変化状態に応じてフィルタ定数変更手段４０７により変更される。この場合、触媒３０の温度が上昇しているのか下降しているのかでフィルタ定数ｋが異なる値に設定され、具体的には触媒温度上昇時の方が下降時よりもフィルタ定数ｋが大きな値として設定される。
【００５４】
また、燃焼状態判定手段４１１によりエンジン１の空燃比が過濃状態（リッチ）であると判定されると、燃料による排気の温度低下（燃料冷却）を考慮して触媒温度補正手段４０８により触媒温度ｔが低温側に補正される。この場合、例えば、上式（１）により算出された値に所定値（例えば０．８５）をかけて触媒温度が補正される。
【００５５】
また、減速状態検出手段４２０により減速状態が検出又は判定された場合には、上述により推定された触媒温度ｔに代えて、触媒温度推定変更手段４３０により例えば触媒推定温度＝所定値ｔ_１（例えば６５０℃）と設定されたり、燃料カット制御状態であるか又は燃料カット禁止制御状態であるかを判定してこの判定結果に基づき触媒推定温度ｔ_１が設定され、その後、制限手段４４０により触媒温度ｔた上限値及び下限値でクリップされる。
【００５６】
そして、このようにして推定された触媒温度ｔが所定値Ｔ以上であると、減速状態検出手段４２０で減速状態が判定されても、触媒３０を保護するべく燃焼状態制御手段４１０により減速燃料カットが禁止される。
図５は触媒３０の温度の実測値と上式（１）により得られる触媒温度ｔとを比較して示す図であるが、図示するように、本発明によれば高い精度で触媒３０の温度を推定することができた。なお、空燃比がリッチ領域にあってリッチ時補正を行なわない場合には触媒温度の推定値の方が実測値に比べて高めとなっているが、上述したように、リッチ領域では触媒温度補正手段４０８により触媒温度ｔが低温側に補正される（リッチ時補正）ため、リッチ領域においても実測値により近い触媒温度を得ることができる。
【００５７】
このように、本発明の一実施形態に係る触媒温度推定装置では、エンジン負荷としての体積効率Ｅｖと排気流量Ｑとに基づき触媒３０の温度を推定するので、温度センサを設けることなく触媒温度を推定でき、コスト増を回避することができる。
また、本実施形態では、触媒３０の温度を推定するパラメータとして排気流量Ｑを用いているので、排気流による触媒３０の冷却も考慮されており、精度良く触媒温度を推定することができる利点もある。また、このように高い精度で触媒温度を推定できるので、触媒３０の熱劣化を確実に防止することができる利点があるほか、必要なときだけ（触媒３０が所定温度以上の高温の時だけ）精度良く燃料カット制御を実行できるという利点がある。
【００５８】
また、触媒温度にフィルタ処理を施すことにより、推定された触媒温度の安定化を図ることができ、触媒温度の推定精度をさらに高めることができる。
また、触媒３０の温度変化状態（温度上昇又は下降）に応じてフィルタ定数を変更するので、より高い精度で触媒温度を推定することができる。つまり、触媒３０の温度が上昇するときと下降するときとでは温度変化のメカニズムが異なるため、この温度変化状態に応じてそれぞれフィルタ定数を設定することで、より高精度に触媒温度を推定することができるのである。
【００５９】
また、燃焼状態がリッチ空燃比のときには、推定される触媒温度を低温側に補正するので、燃料冷却による温度低下分についても考慮されることになり、やはり高い精度で触媒温度を推定することが可能となる。
また、減速状態時には、触媒温度を、上式（１）とは異なる手法により設定される値（例えば所定値ｔ_１＝６５０℃）に設定することにより、減速時にも精度良く触媒の温度３０を推定することができる利点がある。つまり、減速時には、排気温度や排気中の未燃成分が通常運転時と異なるほか、排気流による冷却（熱の持ち去り）も少なく、上式（１）により触媒温度を推定した場合には、温度推定誤差が大きくなる。
【００６０】
これに対して、本発明では、減速状態時には、通常運転時で推定される触媒温度を他の値に変更することにより、減速状態時にも高い精度で触媒温度を推定することができるという利点がある。
また、減速状態時に燃料カット制御状態であるか又は燃料カット禁止制御状態であるかを判定して、この判定結果に基づき触媒温度の所定値ｔ_１を異なる値に設定するように構成した場合には、減速状態時においても、より高い精度で触媒温度を推定することができるようになる。
【００６１】
なお、本発明の実施形態は上述に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、燃料カット制御が実施され得る状態（即ち、アクセルＯＦＦで且つエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度以上である状態）を減速状態と判定し、この減速状態において触媒温度を他の値に変更するようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では、エンジン負荷と排気流量とに応じて推定される触媒温度に対して触媒の温度変化状態に応じて異なる補正を行なう構成としたが、その他の方法により推定される触媒温度や直接検出される触媒温度に対しても同様に触媒の温度変化状態に応じて異なる補正を行なうようにしてもよい。また、本実施形態ではエンジン１として、いわゆる筒内噴射型火花点下式内燃機関を適用した場合を説明したが、本発明が適用されるエンジンはこのようなものに限定されるものではなくディーゼルエンジンに適用してもよい。また、本実施形態では触媒３０として三元触媒を用いた場合を説明したが、触媒３０はＮＯｘ触媒等、種々の触媒を適用することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の触媒温度推定装置によれば、運転状態検出手段によりエンジンの減速運転状態が検出されると、触媒温度変更手段により、エンジンの通常運転状態における推定手法とは異なる手法で推定される値に触媒温度が変更されるので、減速運転状態時にも高い精度で触媒温度を推定することができる。
【００６４】
また、請求項２記載の本発明の触媒温度推定装置によれば、請求項１の利点に加えて、減速状態運転時において燃料カット制御と燃料カット禁止制御とで触媒温度推定値を異なる値に設定する、もしくは触媒温度推定手法を変更することにより、さらに高い精度で触媒温度を推定することができるという利点がある。
また、請求項３記載の本発明の触媒温度推定装置によれば、請求項１又は２の利点に加えて、エンジン負荷検出手段で検出されたエンジン負荷と排気流量検出手段で検出された排気流量とに基づき触媒の温度を推定するという簡素な構成により、減速状態運転時に温度センサ等の新たな部品を設けることなく触媒温度を推定でき、このためコスト増を回避することができる利点がある。また、触媒の温度を推定する際に排気流量を用いることにより、排気流による触媒の冷却が考慮されることとなり、精度良く触媒温度を推定することができる。また、このように高い精度で触媒温度を推定できるので、触媒の熱劣化を確実に防止することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置の要部構成を示す模式的なブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置を創案する過程で得られた触媒温度の実測データを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置の定数記憶手段に記憶されるマップの一例である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる触媒温度推定装置の作用，効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１　エンジン
２０　排気管（排気通路）
３０　触媒（排気浄化触媒）
４２　エンジン負荷検出手段及び排気流量検出手段としてのクランク角センサ
４４　エンジン負荷検出手段及び排気流量検出手段としての圧力センサ
４０１　触媒温度推定手段
４０６　フィルタ処理手段
４０７　フィルタ定数変更手段
４０８　触媒温度補正手段
４１１　燃焼状態判定手段
４２０　減速状態検出手段
４３０　触媒温度推定変更手段
４５０　運転状態検出手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a catalyst temperature estimating device suitable for use in vehicles such as automobiles, and more particularly to a catalyst temperature estimating device for estimating the temperature of an exhaust purification catalyst that purifies harmful substances in exhaust gas of an engine.
[0002]
[Prior art]
In general, exhaust purification catalysts (hereinafter simply referred to as catalysts) interposed in an exhaust system of an engine are sintering (particles held in a carrier are mutually aggregated at a high temperature as the temperature and the oxidizing atmosphere (lean air-fuel ratio) become higher. (The phenomenon that the particle diameter becomes large). Therefore, the heat resistant temperature of the catalyst is generally lower when the catalyst is in an oxidizing atmosphere than in a reducing atmosphere (rich air-fuel ratio).
[0003]
For this reason, in order to suppress thermal degradation of the catalyst, it is necessary to appropriately avoid a situation in which the catalyst is at a high temperature and in an oxidizing atmosphere.
By the way, in recent years, CO ₂ A vehicle equipped with a deceleration fuel cut device that temporarily stops (fuel cut) the fuel supply to the engine for all or some of the cylinders during deceleration for the purpose of reducing fuel consumption (ie, reducing fuel consumption) has been put into practical use. Have been.
[0004]
However, at the time of such a deceleration fuel cut, only air is discharged from the fuel cut cylinder, so that the exhaust air-fuel ratio tends to be a lean air-fuel ratio as a result.
Therefore, in the case of such an engine, at the time of fuel cut, there are many opportunities for the catalytic converter to be in an oxidizing atmosphere and at a high temperature.
[0005]
Therefore, a technique has been proposed in which the temperature of the catalyst is detected by a temperature sensor, and the deceleration fuel cut is prohibited when the temperature of the catalyst becomes high (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-137339). In addition to the above, the catalyst bed temperature is estimated from the intake air amount, and when the catalyst bed temperature is high, the deceleration fuel cut is prohibited, or the deceleration fuel cut is prohibited based on the engine speed and the engine load. For example, has been proposed (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-144814).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, among such conventional techniques, when it is attempted to directly detect the catalyst temperature using a temperature sensor, it is difficult to attach the temperature sensor to the catalyst carrier, and therefore, the catalyst temperature is directly detected accurately. It is not possible. For this reason, the temperature sensor is mounted at any position of the catalyst, but in this case, there is a problem that a measurement error occurs. In addition, there is a problem that the cost increases because a temperature sensor needs to be newly added.
[0007]
Further, in the method of estimating the catalyst temperature from the intake air amount, there is a problem that the estimation accuracy is low because the exhaust gas temperature is not considered at all.
Further, the catalyst has a large heat capacity and thus has a response delay, and the temperature rises after a certain heat capacity is given. On the other hand, the method of prohibiting fuel cut based on the engine speed and the engine load has a problem that the response delay of the catalyst temperature rise is not considered at all, only the judgment is made from the instantaneous operating conditions. is there.
[0008]
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a catalyst temperature estimating device which can accurately estimate a catalyst temperature with a simple configuration.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, a catalyst temperature estimating apparatus according to the present invention is provided in an exhaust passage of an engine and estimates a temperature of an exhaust purification catalyst for purifying harmful substances in exhaust gas. Catalyst temperature estimating means for estimating the temperature; operating state detecting means for detecting an operating state of the engine; and detecting the decelerated operating state of the engine by the operating state detecting means. It is characterized by having a catalyst temperature changing means for changing to a value estimated by a method different from the estimation method in the normal operation state.
[0010]
Therefore, the catalyst temperature can be estimated with high accuracy even during the deceleration operation state.
According to a second aspect of the present invention, in the catalyst temperature estimating apparatus according to the first aspect, the operating state detecting means includes a fuel cut control and a fuel cut prohibition control when a deceleration state of the engine is detected. The catalyst temperature changing means sets the catalyst temperature estimation value to a different value in the fuel cut control and the fuel cut prohibition control, or changes the catalyst temperature estimation method. It is characterized by:
[0011]
Here, during fuel cut control, fuel injection is prohibited and combustion is not performed, so that the exhaust gas temperature is significantly different from that during fuel cut prohibition control, and thus the catalyst temperature is also significantly different. Therefore, in the deceleration operation state, the catalyst temperature is estimated with higher accuracy by setting the catalyst temperature estimation value to a different value between the fuel cut control and the fuel cut prohibition control, or by changing the catalyst temperature estimation method. be able to.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a catalyst temperature estimating device according to the first or second aspect, wherein an engine load detecting means for detecting a load of the engine and an exhaust flow rate detecting means for detecting an exhaust flow rate in the exhaust passage. Wherein the catalyst temperature estimating means estimates the temperature of the catalyst based on the engine load detected by the engine load detecting means and the exhaust flow rate detected by the exhaust flow rate detecting means. .
[0013]
Therefore, the catalyst temperature can be estimated without providing a new component such as a temperature sensor, so that an increase in cost can be avoided. In addition, by using the exhaust flow rate when estimating the temperature of the catalyst, the cooling of the catalyst due to the exhaust flow is taken into account, and the catalyst temperature can be estimated with high accuracy. Further, since the catalyst temperature can be estimated with such high accuracy, it is possible to reliably prevent the catalyst from being thermally degraded.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a catalyst temperature estimating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration, and FIG. 2 is a schematic block diagram showing the main configuration thereof.
The engine 1 shown in FIG. 1 is a so-called in-cylinder injection type spark ignition engine that supplies fuel directly into a cylinder, and performs fuel injection during an intake stroke (intake stroke injection) and fuel injection during a compression stroke (compression stroke). (Injection).
[0015]
The in-cylinder injection type engine 1 operates at a stoichiometric air-fuel ratio (stoichio), at an rich air-fuel ratio (rich A / F) (rich air-fuel ratio operation), or at a lean air-fuel ratio (lean A / F). Operation (lean air-fuel ratio operation) is possible, and the plurality of operation modes described above are switched according to conditions obtained from various parameters.
The cylinder head 2 of the engine 1 is provided with an ignition plug 4 and a fuel injection valve 6 for each cylinder, and the ignition plug 4 is connected to an ignition coil 8 for outputting a high voltage.
[0016]
Further, a fuel supply device (not shown) is connected to the fuel injection valve 6 via a fuel pipe 7. This fuel supply device has a low-pressure fuel pump and a high-pressure fuel pump. After the fuel in the fuel tank is pressurized to a low pressure or a high pressure, the fuel is supplied to the fuel injection valve 6 via the fuel pipe 7. It is supposed to.
An intake port 9 is formed in the cylinder head 2 in a substantially upright direction for each cylinder, and one end of an intake manifold 10 is connected to an upper end of each intake port 9. As shown in the drawing, the intake manifold 10 has a drive-by-wire type throttle valve 14 for adjusting the intake air amount, a throttle position sensor (TPS) 16 for detecting the opening degree of the throttle valve 14, and a measurement of the intake air amount. An intake air amount sensor (air flow sensor or AFS) 18 (mainly used when performing fuel control by the L jetronic method) is provided. Further, a pressure sensor 44 for detecting the pressure (negative pressure) in the intake manifold 10 (mainly used when performing fuel control by a speed density system (D jetronic system)) is also provided.
[0017]
An exhaust port 11 is formed in the cylinder head 2 for each cylinder, and an exhaust manifold 12 is connected to each exhaust port 11. An exhaust pipe (exhaust passage) 20 is connected to the exhaust manifold 12, and a three-way catalyst (catalyst converter or simply catalyst) 30 is interposed in the exhaust pipe 20 as an exhaust purification catalyst. .
[0018]
The three-way catalyst 30 has a carrier containing any of copper (Cu), cobalt (Co), silver (Ag), platinum (Pt), rhodium (Rh), palladium (Pd), and iridium (Ir) as active noble metals. It is configured to oxidize HC and CO in exhaust gas and reduce and remove NOx. The exhaust pipe 20 has O ₂ A sensor 22 is provided.
[0019]
The ECU 40 includes an input / output device, a storage device (ROM, RAM, non-volatile RAM, etc.), a computing device (CPU), a timer counter, and the like. The ECU 40 controls the engine 1 comprehensively. It is supposed to be.
The input side of the ECU 40 includes the above-described TPS 16, the intake air amount sensor 18, ₂ Various sensors such as a sensor 22, a pressure sensor 44, and a crank angle sensor 42 for detecting a crank angle of the engine 1 are connected, and detection information from these sensors is input. The engine rotation speed Ne is calculated based on the crank angle detected by the crank angle sensor 42.
[0020]
The ECU 40 is provided with a combustion state control means 410 for controlling the combustion state of the engine. The combustion state control means 410 controls at least one of the intake air amount or the fuel supply amount to the engine 1 to control the engine. 1 is controlled.
On the other hand, various output devices such as the above-described fuel injection valve 6, ignition coil 8, and throttle valve 14 are connected to the output side of the ECU 40. These output devices are based on information from various sensors. The air-fuel ratio (A / F) is calculated or set by the combustion state control means 410, and the fuel injection amount (the drive pulse width of the fuel injection valve 6), the throttle opening, and the like are set so as to achieve the A / F. At the same time, signals such as fuel injection timing and ignition timing are respectively output. As a result, an appropriate amount of fuel is injected from the fuel injection valve 6 at an appropriate timing, spark ignition is performed by an ignition plug 4 at an appropriate timing, and the throttle valve 14 is adjusted to an appropriate opening at an appropriate timing. Are driven to open and close.
[0021]
The engine 1 is configured to perform so-called deceleration fuel cut control (or simply, fuel cut) for stopping fuel supply during deceleration running of the engine 1 for the purpose of improving fuel efficiency.
That is, as shown in FIG. 2, the ECU 40 is provided with operating state detecting means 450 for detecting or determining the operating state of the engine 1, and the operating state detecting means 450 further includes a combustion state of the engine 1. And a deceleration state detection means (or deceleration state determination means) 420 for detecting (or determining) whether or not the vehicle is in a deceleration running state.
[0022]
Among them, the deceleration state detecting means 420 includes an accelerator pedal opening degree of the driver, an accelerator opening sensor (not shown) for detecting or judging the accelerator depression state, a vehicle speed sensor (not shown) for detecting a vehicle speed, and an engine rotation speed Ne. An engine speed sensor (crank angle sensor 42) and the like for detection are connected.
Then, for example, when detecting that the vehicle speed is equal to or higher than a predetermined value and the driver has stopped depressing the accelerator pedal (accelerator OFF), the deceleration state detection means 420 determines that the vehicle is in a deceleration traveling state (or simply referred to as a deceleration state). I do. Further, when the deceleration state is determined and a state where the engine rotation speed Ne is equal to or higher than the predetermined rotation speed is detected, the fuel injection from the fuel injection valve 6 is prohibited by the combustion state control means 410. The deceleration fuel cut control is executed.
[0023]
Further, the combustion state control means 410 includes a fuel supply stop means (shown in the figure) for outputting a signal for stopping fuel supply to the engine 1 when the deceleration state is determined and the engine speed Ne is equal to or higher than a predetermined speed. (Omitted).
In this embodiment, the deceleration fuel cut control is configured to be performed for all cylinders, but may be configured to be performed only for some cylinders.
[0024]
On the other hand, when it is estimated that the catalyst 30 is at a high temperature, the deceleration fuel cut is prohibited in order to protect the catalyst 30 even if the deceleration state is determined.
The main part of the present invention will be described below. As shown in FIG. 2, the ECU 40 has a catalyst temperature estimating means 401 for estimating the temperature of the catalyst 30 based on the engine load L and the exhaust flow rate Q. When the temperature (estimated value) t of the catalyst 30 is equal to or higher than the predetermined value (threshold value) T by the catalyst temperature estimating means 401, the deceleration fuel cut is prohibited to protect the catalyst 30 as described above. I have.
[0025]
Here, a method of estimating the catalyst temperature in the catalyst temperature estimating means 401 will be described. FIG. 3 shows data of actual measured values of the catalyst temperature in test driving and the like. As shown in the figure, there is a linear correlation between the exhaust gas flow rate and the catalyst temperature using the intake pipe pressure (engine load) as a parameter. Understand. Therefore, in the present invention, the catalyst temperature is estimated using this characteristic.
[0026]
That is, assuming that the catalyst temperature is t and the exhaust flow rate is Q, a linear relationship such as the following equation (1) is established between the catalyst temperature t and the exhaust flow rate Q from the experimental results shown in FIG.
t = aQ + b (1)
In the above equation, the values a and b can be calculated by using the least squares method from the actual measurement data when the vehicle is traveling. The value a is a map for the intake pipe pressure as shown in FIG. It is stored in the constant storage unit 404 in the temperature estimation unit 401 in advance. That is, the value a is set to a value corresponding to the intake pipe pressure as the engine load L. The value a is not limited to the intake pipe pressure, and may be set to a value corresponding to a value correlated with the engine load, such as the volume efficiency Ev, the intake air amount, and the throttle opening. Similarly, the value b may be set to a value corresponding to the engine load L.
[0027]
The catalyst temperature estimating means 401 is provided with a volume efficiency map 402 for obtaining a volume efficiency Ev as an engine load L. Based on information stored in this map (not shown), the intake pipe pressure P and the engine The volume efficiency Ev is determined from the rotation speed Ne.
Further, the catalyst temperature estimating means 401 is also provided with an exhaust flow rate calculating means 403 for calculating the exhaust flow rate Q, and the exhaust flow rate Q is calculated by the following equation (2) using the engine speed Ne and the volumetric efficiency Ev. It has become.
[0028]
Q = 1/2 × total displacement × (Ne / 60) × Ev (2)
However, the unit of the engine speed Ne is [rpm].
In the above description, the volume efficiency Ev is applied as the engine load L, and the exhaust flow rate Q is calculated based on the volume efficiency Ev. However, in the speed density method (D jetronic method), the volume efficiency Ev (engine load L ) Is obtained from the engine rotational speed Ne and the intake pipe pressure, so that the crank angle sensor 42 and the pressure sensor 44 constitute an engine load detecting means for detecting the engine load and an exhaust flow rate detecting means for detecting the exhaust flow rate Q. It can be said that. Note that the exhaust flow rate Q may be calculated directly from the intake pipe pressure and the engine rotation speed, or may be obtained from the correlation with the intake flow rate detected by the intake air amount sensor 18 in the case of the L jetronic system.
[0029]
Further, as the exhaust flow rate detecting means, a sensor for actually detecting the exhaust flow rate Q may be provided in the exhaust passage 20, or the exhaust flow rate Q may be obtained from a map value correlated with the exhaust flow rate.
As the parameter representing the engine load, any value other than the volume efficiency Ev may be used as long as it has a correlation with the engine load, such as the intake pipe pressure, the intake air amount, the throttle opening, and the target Pe. You may.
[0030]
Returning to FIG. 2 again, the method of estimating the catalyst temperature will be described. As shown in FIG. 2, the catalyst temperature estimating means 401 is provided with an estimated temperature calculating means 405 for calculating an estimated temperature t by calculation. In the temperature calculating means 405, the catalyst temperature t is calculated by the above equation (1).
Further, the catalyst temperature estimating means 401 includes a filter processing means 406 for filtering the catalyst temperature calculated by the catalyst estimated temperature calculating means 405. Then, when the estimated value of the catalyst temperature t is calculated as described above, next, a filtering process is executed, thereby stabilizing the estimated catalyst temperature.
[0031]
Specifically, the filter processing unit 406 calculates a catalyst temperature filter value by the following equation (3).

Here, k is a filter constant. Then, the catalyst temperature filter value t processed by the filter processing means 406 ₀ Is output again as the catalyst temperature.
[0032]
The filter processing unit 406 includes a filter constant changing unit 407 that changes a filter constant according to a temperature change state of the catalyst 30. Here, the filter constant changing unit 407 has a unit (not shown) for determining whether the temperature of the catalyst 30 is increasing or decreasing. The filter constant k is changed based on this.
[0033]
Specifically, the filter constant k is set to a larger value when the catalyst temperature rises than when it falls.
This is because the mechanism of the temperature state change is significantly different between when the temperature of the catalyst 30 rises and when it falls. That is, when the temperature of the catalyst 30 rises, the catalyst 30 receives heat from exhaust gas and heat of reaction of the catalyst 30 (mainly, HC, CO ₂ , H ₂ The temperature state changes due to the heat received by the combustion heat of the unburned matter (e.g., unburned matter), but when the temperature of the catalyst 30 decreases, the temperature state changes due to heat release to the exhaust gas and heat release from the case of the catalyst 30 to the atmosphere. .
[0034]
Of course, as described above, “heat reception from exhaust gas and heat reception by reaction heat of the catalyst 30” and “heat radiation to the exhaust gas and heat radiation to the atmosphere from the case of the catalyst 30” occur both when the catalyst temperature rises and when it falls. When the catalyst temperature rises, the amount of heat received must be greater than the amount of heat radiation, and the relative balance between the amount of heat received and the amount of heat radiation differs between when the temperature rises and when the temperature falls.
[0035]
For this reason, if the same filter constant k is used when the catalyst temperature rises and when the catalyst temperature falls, a deviation occurs in the temperature estimation, making it difficult to estimate the temperature correctly. This has already been confirmed experimentally. Therefore, in the present embodiment, the filter constant k is set separately when the temperature of the catalyst 30 rises and when it falls, so that the catalyst temperature is estimated as accurately as possible.
[0036]
Here, as a method of determining whether the catalyst temperature is increasing or decreasing, the determination is made based on the difference between the present value and the previous value of the catalyst temperature t obtained by the above equation (1). Or the catalyst temperature t after filtering obtained by the above equation (3). ₀ May be determined based on the difference between the current (n) value and the previous (n-1) value. However, the catalyst temperature can be more accurately estimated by determining the filter constant k immediately before each time of the filter processing. Therefore, it is more preferable to make the determination based on the difference between the current value and the previous value of the catalyst temperature t.
[0037]
On the other hand, as described above, the ECU 40 is provided with the combustion state determination unit 411 that determines the combustion state (operating state) of the engine 1. The catalyst temperature estimating means 401 is provided with a catalyst temperature correcting means 408 for correcting the estimated catalyst temperature. The combustion state determining means 411 determines that the combustion state of the engine 1 is in an air-fuel ratio rich state (rich air-fuel ratio). (Fuel ratio), the catalyst temperature is corrected by the catalyst temperature correction means 408 to a lower temperature side.
[0038]
This is because during the rich operation, the amount of fuel is relatively large, so that the fuel is cooled in the cylinder and the exhaust gas temperature is reduced.
In such a rich operation, the catalyst temperature correction means 408 corrects the catalyst temperature by, for example, multiplying the estimated catalyst temperature filtered by the filter processing means 406 by a predetermined value (for example, 0.85). Has become.
[0039]
Note that the correction by the catalyst temperature correction means 408 is not limited to the above-described method. For example, the catalyst temperature may be corrected by changing the constants a and b in the above equation (1). In this case, for example, the catalyst temperature is corrected by multiplying each of the constants a and b by a coefficient of 1 or less. The correction may be performed by multiplying the value calculated by the above equation (1) by a predetermined value (for example, 0.85).
[0040]
If it is determined that the estimated (calculated) catalyst temperature is equal to or higher than the predetermined value, the combustion state control means protects the catalyst 30 even if the deceleration state detection means 420 determines the deceleration state. At 410, deceleration fuel cut is prohibited.
Further, the ECU 40 is provided with limiting means 440 for limiting the upper and lower limits of the catalyst temperature t estimated by the catalyst temperature estimating means 401, and the upper and lower limits of the catalyst temperature are clipped by the limiting means 440. It has become.
[0041]
Here, the limiting means 440 determines, for example, the estimated temperature t and the upper limit value t. _MAX And a minimum value selecting means for outputting a smaller value, an estimated temperature t and a lower limit value t. _MIN And a maximum value selecting means (both not shown) for outputting the larger value by comparing with the temperature estimation value t by the operation of the minimum value selecting means and the maximum value selecting means. The lower limit is restricted.
[0042]
This clip value (upper limit value t) _MAX , Lower limit t _MIN ) May be set differently when the air-fuel ratio is stoichiometric and when the air-fuel ratio is rich. This is because, as described above, cooling by fuel can be expected more in the rich state than in the stoichiometric state, and the temperature of the catalyst 30 becomes lower. In this case, the clip value is higher at the time of stoichiometry than at the time of rich.
[0043]
The ECU 40 is provided with a catalyst temperature estimation changing means 430. When the deceleration state is detected or determined by the deceleration state detecting means 420 provided in the operating state detecting means 450, the catalyst temperature estimation changing means 430 is provided. Accordingly, the catalyst temperature is set to a predetermined value (for example, a fixed value of 650 ° C.) in place of the value set by the above-described method for estimating the catalyst temperature based on the engine load and the exhaust gas flow rate (the method for estimating the normal operation state). It is supposed to.
[0044]
This is because, in the decelerating state, the temperature estimation error increases in the above-described temperature estimation equation (1) for the following reasons (1) to (3).
{Circle around (1)} Since the intake air amount and the fuel injection amount are small during deceleration, the combustion state is not as good as during normal operation. For this reason, the exhaust gas temperature and unburned components in the exhaust gas (reacted by the catalyst 30) are different from those in the normal operation, and the catalyst temperature is also different.
{Circle around (2)} During deceleration, the amount of intake air, that is, the amount of exhaust gas is small, and the amount of cooling (removal of heat) by the exhaust gas of the catalyst 30 is smaller than in normal operation, so that the catalyst temperature also differs. The cooling of the catalyst by the exhaust gas flow means that when the catalyst temperature is higher than the exhaust gas temperature due to the reaction heat of the catalyst 30, the heat is retained from the catalyst 30 by the exhaust gas flow and the catalyst 30 is cooled. .
{Circle around (3)} In particular, during fuel cut, since fuel injection and combustion are not performed, the exhaust gas temperature itself differs from that during normal operation (during combustion), and the catalyst temperature is completely different.
[0045]
In addition to the above (1) to (3), in the deceleration state, the degree of generation of the heat of catalytic reaction is highly dependent on the catalyst temperature. Specifically, the higher the catalyst temperature, the higher the degree of activity of the catalyst 30 and the higher the reactivity. Therefore, the unburned components (HC, CO, H ₂ ), The catalyst temperature rises.
The amount of heat of the carrier (including the wash coat) of the catalyst 30 at the start of the fuel cut control or the fuel cut prohibition control is released during the fuel cut control or the fuel cut prohibition control and the catalyst temperature rises. Is correlated with the catalyst temperature (more precisely, the catalyst temperature at the start of deceleration).
[0046]
For such a reason, the reaction heat in the catalyst 30 greatly affects the catalyst temperature when the deceleration state is determined, and it is difficult to estimate the temperature with high accuracy by the above-described estimated temperature calculation formula (1).
Therefore, in such a deceleration state, in the present embodiment, the estimated catalyst temperature = the predetermined value t ₁ (For example, 650 ° C.).
[0047]
Note that the above is the predetermined value t ₁ Is an example in the case where is a fixed value. ₁ May be set, for example, as a map for the catalyst temperature estimated value t [the temperature estimated value calculated by the equation (1)] at the time of the deceleration state determination. Also, a predetermined value t ₁ May be a map corresponding to any one of the catalyst temperature, the exhaust flow rate, the air-fuel ratio, the fuel injection amount, and the catalyst carrier capacity (including the washcoat) at the time of the deceleration state determination. The catalyst carrier capacity is a constant value among the above-mentioned parameters, and is not a value that fluctuates according to the running state. Therefore, when this catalyst carrier volume is used, it is applied in combination with other parameters.
[0048]
The deceleration state determination means 420 provided in the operation state detection means 450 determines the fuel cut control state (that is, the state in which the accelerator is off, the engine speed Ne is equal to or higher than a predetermined rotation speed, and the catalyst temperature is lower than a predetermined value). ) Or the fuel cut prohibition control state (that is, the state where the accelerator is off, the engine rotation speed Ne is equal to or higher than a predetermined rotation speed, and the catalyst temperature is equal to or higher than a predetermined value). Predetermined value t based on ₁ May be set to different values. In this case, it is preferable to set the catalyst temperature estimated value during the deceleration fuel cut to a value different from the catalyst temperature estimated value during the fuel cut inhibition control, specifically, a smaller value. This is because during deceleration fuel cut, fuel injection is prohibited and combustion is not performed, so that the exhaust gas temperature differs from the fuel cut prohibition time (during combustion) and the catalyst temperature greatly differs.
[0049]
Further, the catalyst temperature estimation method may be changed during the deceleration fuel cut and when the fuel cut is prohibited. For example, during the fuel cut, the catalyst temperature estimated value may be a fixed value or a map value for the engine speed, and during the fuel cut prohibition, the map may be a map for at least two of the engine speed, the load, and the current catalyst temperature. .
As described above, when the estimated temperature t of the catalyst 30 is equal to or more than the predetermined value (threshold) T, the deceleration fuel cut is prohibited in order to protect the catalyst 30. In this case, the operation is performed at a rich air-fuel ratio or a stoichiometric air-fuel ratio.
[0050]
The threshold T is set to a temperature at which the catalyst 30 starts to deteriorate under a lean atmosphere (lean heat-resistant temperature). This value varies depending on the catalyst, but is approximately 700 to 900 ° C.
Since the catalyst temperature estimating device according to one embodiment of the present invention is configured as described above, the catalyst temperature is estimated as follows.
[0051]
First, a volume efficiency Ev (engine load L) is obtained in the volume efficiency map 402 based on the engine rotation speed Ne and the intake pipe pressure P detected by the crank angle sensor 42 and the pressure sensor 44. Further, the exhaust flow rate calculating means 403 calculates the exhaust flow rate Q from the engine rotation speed Ne and the volume efficiency Ev by the above equation (2).
[0052]
On the other hand, constants a and b are set from the intake pipe pressure P based on a map stored in the constant storage means 404 in advance. Then, in the estimated temperature calculating means 405, the catalyst temperature t is calculated by the above equation (1) using the constants a and b and the exhaust gas flow rate Q.
Next, in the filter processing means 406, the filter processing is executed according to the above equation (3), and the catalyst temperature t is stabilized. Then, the catalyst temperature filter value t processed by the filter processing means 406 ₀ Is output again as the catalyst temperature t.
[0053]
The filter constant k used in the equation (3) is changed by the filter constant changing unit 407 according to the temperature change state of the catalyst 30. In this case, the filter constant k is set to a different value depending on whether the temperature of the catalyst 30 is rising or falling. Specifically, the filter constant k is larger when the catalyst temperature rises than when it falls. Is set as
[0054]
Further, when the combustion state determination means 411 determines that the air-fuel ratio of the engine 1 is in an excessively rich state (rich), the catalyst temperature correction means 408 takes into account the decrease in the exhaust gas temperature due to fuel (fuel cooling). t is corrected to the low temperature side. In this case, for example, the catalyst temperature is corrected by multiplying the value calculated by the above equation (1) by a predetermined value (for example, 0.85).
[0055]
When the deceleration state is detected or determined by the deceleration state detection means 420, the catalyst temperature estimation change means 430 replaces the catalyst temperature t estimated above with, for example, the catalyst estimation temperature = predetermined value t ₁ (For example, 650 ° C.), whether the fuel cut control state or the fuel cut prohibition control state is determined, and based on the determination result, the estimated catalyst temperature t ₁ Is set, and then the limiter 440 clips at the upper and lower limits of the catalyst temperature t.
[0056]
When the estimated catalyst temperature t is equal to or higher than the predetermined value T, the combustion state control unit 410 protects the catalyst 30 even if the deceleration state is determined by the deceleration state detection unit 420. Is forbidden.
FIG. 5 is a diagram showing a comparison between the measured value of the temperature of the catalyst 30 and the catalyst temperature t obtained by the above equation (1). As shown in FIG. Could be estimated. When the air-fuel ratio is in the rich region and the rich-time correction is not performed, the estimated value of the catalyst temperature is higher than the actually measured value. Since the catalyst temperature t is corrected to a lower temperature side by means 408 (correction at the time of richness), a catalyst temperature closer to the actually measured value can be obtained even in the rich region.
[0057]
As described above, the catalyst temperature estimating device according to the embodiment of the present invention estimates the temperature of the catalyst 30 based on the volumetric efficiency Ev as the engine load and the exhaust gas flow rate Q, so that the catalyst temperature can be estimated without providing a temperature sensor. It can be estimated and an increase in cost can be avoided.
Further, in the present embodiment, since the exhaust gas flow rate Q is used as a parameter for estimating the temperature of the catalyst 30, the cooling of the catalyst 30 by the exhaust gas flow is also taken into consideration. is there. Further, since the catalyst temperature can be estimated with such high accuracy, there is an advantage that the thermal deterioration of the catalyst 30 can be reliably prevented, and only when necessary (only when the temperature of the catalyst 30 is higher than a predetermined temperature). There is an advantage that the fuel cut control can be executed with high accuracy.
[0058]
Further, by performing a filter process on the catalyst temperature, the estimated catalyst temperature can be stabilized, and the accuracy of estimating the catalyst temperature can be further improved.
In addition, since the filter constant is changed according to the temperature change state (temperature rise or fall) of the catalyst 30, the catalyst temperature can be estimated with higher accuracy. That is, since the mechanism of temperature change is different between when the temperature of the catalyst 30 rises and when it falls, it is possible to more accurately estimate the catalyst temperature by setting filter constants according to the temperature change state. You can do it.
[0059]
Further, when the combustion state is a rich air-fuel ratio, the estimated catalyst temperature is corrected to a lower temperature side, so that the temperature drop due to fuel cooling is also taken into account, and it is still possible to estimate the catalyst temperature with high accuracy. It becomes possible.
In the deceleration state, the catalyst temperature is set to a value set by a method different from the above equation (1) (for example, the predetermined value t). ₁ = 650 ° C.) has the advantage that the catalyst temperature 30 can be accurately estimated even during deceleration. That is, at the time of deceleration, the exhaust gas temperature and the unburned components in the exhaust gas are different from those in the normal operation, and the cooling (heat removal) by the exhaust gas flow is small. When the catalyst temperature is estimated by the above equation (1), The temperature estimation error increases.
[0060]
On the other hand, the present invention has an advantage that the catalyst temperature estimated during the normal operation is changed to another value during the deceleration state, so that the catalyst temperature can be estimated with high accuracy even during the deceleration state. is there.
Further, it is determined whether the fuel cut control state or the fuel cut inhibition control state is in the deceleration state, and a predetermined value t of the catalyst temperature is determined based on the determination result. ₁ Is set to a different value, the catalyst temperature can be estimated with higher accuracy even during the deceleration state.
[0061]
The embodiment of the present invention is not limited to the above, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention. For example, a state in which fuel cut control can be performed (that is, a state in which the accelerator is off and the engine speed Ne is equal to or higher than a predetermined speed) is determined to be a deceleration state, and the catalyst temperature is changed to another value in this deceleration state. You may do so.
[0062]
In the present embodiment, the catalyst temperature estimated according to the engine load and the exhaust flow rate is configured to be differently corrected according to the temperature change state of the catalyst. Alternatively, different corrections may be made to the directly detected catalyst temperature according to the temperature change state of the catalyst. Further, in the present embodiment, a case has been described in which a so-called in-cylinder injection type spark-down type internal combustion engine is applied as the engine 1; however, the engine to which the present invention is applied is not limited to such an engine, but is applied to diesel engines. It may be applied to an engine. Further, in the present embodiment, the case where a three-way catalyst is used as the catalyst 30 has been described, but various kinds of catalysts such as a NOx catalyst can be used as the catalyst 30.
[0063]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the catalyst temperature estimating device of the present invention, when the deceleration operation state of the engine is detected by the operation state detection means, the normal operation state of the engine is detected by the catalyst temperature change means. Since the catalyst temperature is changed to a value estimated by a method different from the estimation method in the above, the catalyst temperature can be estimated with high accuracy even in the deceleration operation state.
[0064]
According to the catalyst temperature estimating device of the present invention described in claim 2, in addition to the advantage of claim 1, the catalyst temperature estimated value differs between the fuel cut control and the fuel cut prohibition control during the deceleration operation. By setting or changing the catalyst temperature estimation method, there is an advantage that the catalyst temperature can be estimated with higher accuracy.
According to the catalyst temperature estimating apparatus of the present invention, in addition to the advantages of the first and second aspects, the engine load detected by the engine load detecting means and the exhaust flow rate detected by the exhaust flow rate detecting means are provided. With the simple configuration of estimating the temperature of the catalyst based on the above, there is an advantage that the catalyst temperature can be estimated without providing new components such as a temperature sensor during the deceleration state operation, so that an increase in cost can be avoided. In addition, by using the exhaust flow rate when estimating the temperature of the catalyst, the cooling of the catalyst due to the exhaust flow is taken into account, and the catalyst temperature can be estimated with high accuracy. In addition, since the catalyst temperature can be estimated with such high accuracy, there is an advantage that thermal deterioration of the catalyst can be reliably prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a catalyst temperature estimation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a main configuration of a catalyst temperature estimation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing measured data of catalyst temperature obtained in a process of creating a catalyst temperature estimating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an example of a map stored in constant storage means of the catalyst temperature estimating apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation and effect of the catalyst temperature estimating device according to one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 engine
20 Exhaust pipe (exhaust passage)
30 catalyst (exhaust purification catalyst)
42 Crank angle sensor as engine load detecting means and exhaust flow rate detecting means
44 Pressure sensor as engine load detecting means and exhaust flow rate detecting means
401 Catalyst temperature estimation means
406 Filter processing means
407 Filter constant changing means
408 Catalyst temperature correction means
411 Combustion state determination means
420 deceleration state detection means
430 Catalyst temperature estimation change means
450 Operating state detecting means

Claims

In a catalyst temperature estimation device that is provided in an exhaust passage of an engine and estimates a temperature of an exhaust purification catalyst that purifies harmful substances in exhaust gas,
Catalyst temperature estimating means for estimating the temperature of the catalyst;
Operating state detecting means for detecting an operating state of the engine;
And a catalyst temperature changing means for changing the catalyst temperature to a value estimated by a method different from the estimation method in the normal operation state of the engine when the deceleration operation state of the engine is detected by the operation state detection means. A catalyst temperature estimating device, comprising:

The operating state detecting means, when the deceleration state of the engine is detected, determines whether the state is a fuel cut control or a fuel cut prohibition control,
2. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst temperature changing means sets a catalyst temperature estimation value to a different value in the fuel cut control and the fuel cut prohibition control, or changes a catalyst temperature estimation method. Temperature estimation device.

Engine load detecting means for detecting a load on the engine;
Exhaust flow rate detection means for detecting an exhaust flow rate in the exhaust passage,
The catalyst temperature estimating means estimates the temperature of the catalyst based on an engine load detected by the engine load detecting means and an exhaust flow rate detected by the exhaust flow rate detecting means. 3. The catalyst temperature estimation device according to 2.