JP2007107397A - 触媒温度の推定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 触媒の温度を高い精度で推定する。
【解決手段】 温度推定装置は、内燃機関の運転状態に応じて前記触媒の予測温度を与えるマップを記憶する記憶手段と、前記予測温度を補正する補正係数を内燃機関の吸入空気量に基づいて算出する手段と、予測温度にこの補正係数を適用して触媒の推定温度を求める推定手段と、を備える。エンジンの定常状態では、触媒の実温度は触媒に入ってくる空気の温度と同じになる。過渡状態では、流入空気の温度に対して実温度は遅れて推移する。この遅れは触媒に流れ込む空気量に応じて変化し、流入空気量が多いほど触媒温度は早く流入空気の温度に追いつく。このような知見に基づき、この発明では、吸気マニホールドの流入空気量に応じて、触媒温度の予測値に適用するなまし(スムージング、平滑化)係数を変更し、このなまし係数を適用して触媒の温度を推定する。
【選択図】図2
【解決手段】 温度推定装置は、内燃機関の運転状態に応じて前記触媒の予測温度を与えるマップを記憶する記憶手段と、前記予測温度を補正する補正係数を内燃機関の吸入空気量に基づいて算出する手段と、予測温度にこの補正係数を適用して触媒の推定温度を求める推定手段と、を備える。エンジンの定常状態では、触媒の実温度は触媒に入ってくる空気の温度と同じになる。過渡状態では、流入空気の温度に対して実温度は遅れて推移する。この遅れは触媒に流れ込む空気量に応じて変化し、流入空気量が多いほど触媒温度は早く流入空気の温度に追いつく。このような知見に基づき、この発明では、吸気マニホールドの流入空気量に応じて、触媒温度の予測値に適用するなまし(スムージング、平滑化)係数を変更し、このなまし係数を適用して触媒の温度を推定する。
【選択図】図2
Description
この発明は、内燃機関の触媒の温度を推定する装置に関する。
内燃機関(エンジン)において高負荷運転状態が継続すると排気系の触媒温度が高くなり、触媒の熱損、焼損を生じるおそれがある。特許文献1には、高負荷運転状態が一定時間以上継続すると、空燃比フィードバック制御を停止して、燃料の供給量を増やして気筒での燃焼温度を下げ、触媒の性能を維持することが記載されている。
また、特許文献2には、エンジン回転数および吸気管圧力に基づいてマップから触媒の予測温度を求め、これに補正係数を適用して推定温度を求め、この温度が所定値以上になると、触媒の熱による劣化を防止するため噴射燃料を増量することが記載されている。
特開昭53-8427号公報
特許第3262157号公報
従来の技術は、触媒温度の推定は、触媒の熱による劣化を抑制するよう、触媒のピーク温度を低くすることを目的としているため、実際の温度よりも推定温度が早く推移する傾向がある。このため、触媒の温度が下降方向に向かうときには、推定温度の方が実温度よりも早く降下することがある。したがって、この推定温度をエンジンの休筒制御に使用すると、実温度が高いにもかかわらず、早く降下した推定温度に基づいて休筒が許可されてしまうおそれがある。触媒温度が高い状態で休筒を行うと、休筒されたバンクに空気が流れないので、触媒が高温に維持されて劣化が促進されるおそれがある。
上記の課題を解決するため、この発明の温度推定装置は、内燃機関の運転状態に応じて前記触媒の予測温度を与えるマップを記憶する記憶手段と、前記予測温度を補正する補正係数を内燃機関の吸入空気量に基づいて算出する手段と、予測温度にこの補正係数を適用して触媒の推定温度を求める推定手段と、を備える。
エンジンの定常状態では、触媒の実温度は触媒に入ってくる空気の温度と同じになる。過渡状態では、流入空気の温度に対して実温度は遅れて推移する。この遅れは触媒に流れ込む空気量に応じて変化し、流入空気量が多いほど触媒温度は早く流入空気の温度に追いつく。このような知見に基づき、この発明では、吸気マニホールドの流入空気量に応じて、触媒温度の予測値に適用するなまし(スムージング、平滑化)係数を変更し、このなまし係数を適用して触媒の温度を推定する。これにより、従来よりも精度の高い温度推定が可能になる。
この発明の一実施形態(請求項2)では、内燃機関は、常時稼働する気筒群と休筒する気筒群とに分割されており、前記推定された触媒温度が第1の所定温度より高いときに休筒を禁止し、休筒禁止状態において前記推定された触媒温度が第1の所定温度より低い第2の所定温度より低いとき休筒を許可する。
触媒温度を推定する演算に使用するなまし係数は、温度が下降しているときに精度がよくなるように設定し、実温度が十分下がっていない状態で気筒休止が実施されないようにする。こうして、触媒が気筒休止によって高温に維持されて劣化するのを防止することができる。
また、もう一つの実施形態では、推定された触媒温度が第2の所定温度を下回ってから所定時間が経過した後に休筒を許可する。
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図1は、この発明の実施形態に従う、内燃機関およびその制御装置の全体構成図である。
電子制御ユニット(以下、「ECU」)という)1は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース1a、車両の各部の制御を行うための演算を実行するCPU1b、読み取り専用メモリ(ROM)およびランダムアクセスメモリ(RAM)を有するメモリ1c、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース1dを備える。メモリ1cのROMには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。ROMは、EPROMのような書き換え可能なROMでもよい。RAMには、CPU1bによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、RAMに一時的に記憶される。
内燃機関(以下、「エンジン」という)2は、複数の気筒を備える。一例としてV型6気筒のエンジンが示されており、第1の気筒群(以下、第1のバンクと呼ぶ)21は3つの気筒(#1〜#3)を備え、第2の気筒群(以下、第2のバンクと呼ぶ)22も3つの気筒(#4〜#6)を備える。
エンジン2には、気筒休止機構23が設けられている。気筒休止機構23は、エンジン2の潤滑油を用いて油圧駆動される。気筒休止機構23は、第1のバンク21および第2のバンク22の6つの気筒をすべて稼働させる全気筒運転と、第1のバンク21の3つの気筒への燃料供給を停止する気筒休止運転との間で、エンジン2を切り換える。気筒休止運転を実施するときは、気筒休止機構23により、第1のバンク21の3つの気筒の吸気弁および排気弁が閉弁状態に維持される。
吸気管3は、スロットル弁4の下流で、第1のバンクに至る通路3aと、第2のバンクに至る通路3bとに分岐する。さらに、通路3aは、第1のバンクの気筒#1〜#3のそれぞれに至る通路に分岐し、通路3bは、第2のバンクの気筒#4〜#6のそれぞれに至る通路に分岐する。
燃料噴射弁5は、それぞれの気筒に至る通路に、気筒ごとに設けられる。図には、簡略化のため、1つの燃料噴射弁5のみが示されている。燃料噴射弁5は、図示しない燃料タンクから燃料の供給を受け、該燃料を噴射する。燃料噴射弁5の開弁時間は、ECU1からの制御信号によって制御される。
吸気管3の上流側にはスロットル弁4が配されている。スロットル弁4に連結されたスロットル弁開度センサ(TH)6は、スロットル弁4の開度に応じた電気信号をECU1に送る。スロットル弁4の開度は、ECU1からの制御信号によって制御される。スロットル弁4を介して取り込まれた空気は、吸気管3を通り、燃料噴射弁5から噴射される燃料と混合して各気筒に供給される。
スロットル弁4の上流には、エアフローメータ(AFM)7が設けられている。エアフローメータ7は、スロットル弁4を通過する空気量を検出し、それをECU1に送る。エアフローメータ7は、ベーン式エアフローメータ、カルマン渦式エアフローメータ、および熱線式エアフローメータ等であることができる。
吸気管圧力(Pb)センサ8および吸気温(Ta)センサ9は、吸気管3のスロットル弁4の下流側に設けられており、吸気管圧力Pbおよび吸気温TAをそれぞれ検出してECU1に送る。
エンジン水温(TW)センサ11は、エンジン2のシリンダブロックの、冷却水が充満した気筒周壁(図示せず)に取り付けられ、エンジン冷却水の温度TWを検出してECU1に送る。
エンジン2には、クランク角(CRK)センサ12が設けられている。クランク角センサ12は、クランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるCRK信号およびTDC信号をECU1に出力する。CRK信号は、所定のクランク角(たとえば、30度)で出力されるパルス信号である。ECU1は、該CRK信号に応じ、エンジン2の回転数NEを算出する。さらに、TDC信号が、ピストンのTDC位置に関連したクランク角度で出力され、ECU1に送られる。
第1のバンクには排気管15aが連結されており、第1のバンクの気筒から排出されるガスは、該排気管15aに流入する。第2のバンクには排気管15bが連結されており、第2のバンクの気筒から排出されるガスは、該排気管15bに流入する。
排気管15aおよび15bのそれぞれに、広域空燃比センサ(LAF)センサ16aおよび16bが設けられている。LAFセンサ16aおよび16bは、リーンからリッチにわたる広範囲の空燃比領域において、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出する。検出された酸素濃度は、ECU1に送られる。
LAFセンサ16aおよび16bの下流には、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒装置17aおよび17bがそれぞれ設けられている。O2(排ガス)センサ18aおよび18bが、触媒装置17aおよび17bの下流に設けられている。O2センサ17aおよび17bは、2値型の排気ガス濃度センサである。O2センサ18aおよび18bは、空燃比が理論空燃比よりもリッチであるとき高レベルの信号を出力し、空燃比が理論空燃比よりもリーンであるとき低レベルの信号を出力する。出力された電気信号は、ECU1に送られる。
排気管15aおよび15bは、O2センサ18aおよび18bの下流にて、排気通路15に合流する。排気通路15に、さらなる触媒装置、LAFセンサおよびO2センサを設けてもよい。
車速(VP)センサ19は、エンジン2が搭載された車両の速度VPを検出してECU1に送る。
各種センサからの入力信号はECU1の入力インターフェース1aに渡される。入力インターフェース1aは、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する。CPU1bは、変換されたデジタル信号を処理し、メモリ1cに格納されているプログラムに従って演算を実行し、車の各部のアクチュエータに送る制御信号を作り出す。この制御信号は出力インターフェース1dに送られ、出力インターフェース1dは、燃料噴射弁5などのアクチュエータに制御信号を送る。
図2は、この発明の一実施例の触媒温度推定装置の基本的な構成を示すブロック図である。図2を参照すると、触媒温度マップ検索部31は、エンジン回転数NEおよび吸気管内の絶対圧力PBに基づいて、予め用意されROMに格納されている触媒温度マップを参照して触媒温度の予測値であるマップ値TCTMを求める。この触媒温度TCTMの求め方は、前述の特許文献2に記載されている。
なまし(スムージング、平滑化)計算部33は、触媒温度マップ値TCTMを次の式にしたがってなまし演算して触媒温度の推定値TCTCSを求める。
TCTCS(i)=CSW * TCTM + (1-CSW) * TCTCS(i-1) (1)
ここで、CSWは、なまし係数であり、吸気管に設けられたエアフローセンサ35で検知される信号に従って求められる吸入空気量に基づいてテーブルを参照して求められる。このテーブルは、予め用意されROMに格納されており、たとえば図3に示すようななまし係数CSWを与える。
ここで、CSWは、なまし係数であり、吸気管に設けられたエアフローセンサ35で検知される信号に従って求められる吸入空気量に基づいてテーブルを参照して求められる。このテーブルは、予め用意されROMに格納されており、たとえば図3に示すようななまし係数CSWを与える。
気筒休止禁止判定部39は、図4のフローチャートおよび図5の波形図を参照して説明するプロセスにより、触媒の熱による劣化を抑制する観点から気筒休止を禁止すべきかどうかを判定する。図4のフローチャートのプロセスは、所定の周期、たとえば10ミリ秒ごとに繰り返し実行される。
図4を参照すると、まず初期化フラグが1になっているかどうかを判断し(S11)、1になっていれば、初期化が必要なので、触媒温度の推定値を初期値に設定する。初期化フラグは、エンジンを始動するときに1にセットされる。触媒温度の初期化は、ECUの不揮発性メモリに記憶されている前回の走行終了時の温度と、24時間タイマとに基づいて求められる。この初期化方法は、従来より行われている。
以下のプロセスは、エンジンの2つのバンクのそれぞれについて実行される。初期化フラグが0であると、アイドル停止フラグが1になっているかどうかを判断する(S12)。このフラグが1になっていることは、このバンクについては、アイドリングが停止中で、流入空気量がゼロであることを示している。このときは、ステップS17に進み、吸入空気量GAIRTCを0にセットする。
アイドル停止フラグが0であれば、休筒フラグが1になっているかどうかを判断する(S13)。休筒フラグが1で気筒中止中であれば、このバンクの吸入空気量GAIRTCを0にセットする(S17)。休筒フラグが0で、全筒が稼働していることが示されると、このバンクの吸入空気量GAIRTCをエンジン全体の吸入空気量量GAIRAVEの1/2に設定する(S15)。
この吸入空気量GAIRTCに基づいて図3に示したなまし係数のテーブルを参照して、GAIRTCに対応するなまし係数CSWを求める(S21)。次いで、上に示した(1)式にしたがってなまし計算を実行して触媒温度の推定値TCTCSを求める(S23)。
次のステップS25以降の処理を図5を参照して説明する。触媒の推定温度TCTCSが(A)に第1の温度として示す第1の所定値を越えると、タイマが設定され(S29)、気筒休止禁止フラグが1にセットされ(S33)、気筒休止が禁止される。図4のプロセスは、所定の周期で繰り返されるが、触媒の推定温度TCTCSが降下して(A)に第2の温度として示す第2の所定値以下になると(S25の判断がYes)、これに応じて(B)に示す所定の時間DD、たとえば1秒、に設定されるタイマ(ダウンカウントする)が0になったかどうかを判断し(S27)、ゼロになっていると、気筒休止禁止フラグを0にセットして、禁止を解除する。時間DDが経過するまでは、気筒休止禁止フラグを1のままとし(S33)、気筒休止を禁止する。
このようにして、触媒の推定温度が第1の所定値を超えて上昇したときは、気筒休止を禁止し、触媒の推定温度がこれより低い第2の所定値以下になってから、気筒休止の禁止を解除する。これにより、触媒の実温度が十分下がってから、気筒休止の禁止が解除される。したがって、触媒の実温度が高い状態で気筒休止が行われることがなくなり、触媒の高温状態が継続するのを抑制することができる。
以上にこの発明を一実施例について説明したが、この発明はこのような実施例に限定されるものではない。
31 触媒温度マップ検索部
33 なまし計算部
37 なまし係数テーブル
39 気筒休止禁止判定部
33 なまし計算部
37 なまし係数テーブル
39 気筒休止禁止判定部
Claims (3)
- 内燃機関の排気系に設けられた触媒の温度を推定する装置であって、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記触媒の予測温度を与えるマップを記憶する記憶手段と、
前記予測温度を補正する補正係数を前記内燃機関の吸入空気量に基づいて算出する手段と、
前記予測温度に前記補正係数を適用して前記触媒の推定温度を求める推定手段と、
を備える、触媒温度の推定装置。 - 前記内燃機関は、常時稼働する気筒群と休筒する気筒群とに分割されており、前記推定された触媒温度が第1の所定温度より高いときに休筒を禁止し、休筒禁止状態において前記推定された触媒温度が前記第1の所定温度より低い第2の所定温度より低いとき休筒を許可する、請求項1の推定装置を用いた、内燃機関の制御装置。
- 前記推定された触媒温度が前記第2の所定温度を下回ってから所定時間が経過した後に休筒を許可する、請求項2に記載の制御装置。
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CN111594301A (zh) * | 2020-05-13 | 2020-08-28 | 上海元城汽车技术有限公司 | 汽车排气***的温度控制方法、装置、汽车及存储介质 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003336538A (ja) * | 2002-05-20 | 2003-11-28 | Denso Corp | 内燃機関の排出ガス浄化装置 |
JP2005009364A (ja) * | 2003-06-17 | 2005-01-13 | Honda Motor Co Ltd | 多気筒内燃機関の気筒休止制御装置 |
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- 2005-10-11 JP JP2005296347A patent/JP2007107397A/ja active Pending
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CN111594301B (zh) * | 2020-05-13 | 2022-04-26 | 上海元城汽车技术有限公司 | 汽车排气***的温度控制方法、装置、汽车及存储介质 |
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