JP4412218B2 - 内燃機関の制御装置及び内燃機関の排気温度推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、排気温度の推定値を算出するとともに同推定値を用いて機関制御を行う内燃機関の制御装置、及び排気温度を推定する内燃機関の排気温度推定方法に関する。

上記内燃機関の制御装置としては、例えば、ディーゼルエンジンにおいて粒子状物質を浄化する制御（ＰＭ再生制御）を行う制御装置が知られている。同制御装置は、排気温度の推定値に基づいて触媒装置やＰＭフィルタの温度を推定するとともに、この推定した温度を用いてＰＭ再生制御を実行する。なお、ＰＭ再生制御を実行する制御装置としては、例えば特許文献１に記載の制御装置が知られている。
特開２００４−１４３９８８号公報

ところで、上記制御装置においては、ＰＭの再生不良等の問題を回避するために、出力排気温度を精度良く推定することが要求される。
そこで、本発明者は、排気と排気系との熱交換を模擬した熱交換モデルを構築するとともに、機関本体での排気温度の推定値を同熱交換モデルへ適用して排気温度の推定を行うことで、排気温度の推定精度の向上を図るようにした。

しかし、上記熱交換モデルを通じて算出した推定値と実際の排気温度との比較を行ったところ、推定値と計測値とが大きく乖離する場合があることが確認された。なお、排気温度の推定値を用いて機関制御を行う内燃機関の制御装置であれば、上記ディーゼルエンジンの制御装置と同様に排気温度の推定精度を高めることが要求される。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気温度を精度良く推定することのできる内燃機関の制御装置及び内燃機関の排気温度推定方法を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
＜請求項１＞
請求項１に記載の発明は、排気温度をパラメータとして機関制御を行う機関制御手段と、機関本体での排気温度または該温度に相当する排気温度を入力排気温度として該入力排気温度の推定値を算出する入力温度推定手段と、前記機関制御に用いられる排気温度を出力排気温度として該出力排気温度の推定値を前記入力排気温度の推定値に基づいて算出する出力温度推定手段とを備えた内燃機関の制御装置において、燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいてなまし値を設定し、この設定したなまし値を用いて前記入力排気温度の推定値を算出する推定手段を備えたことを要旨としている。

本発明者は、試験を通じて、入力排気温度が次のように変化することを確認した。
（ａ）運転状態を運転状態Ａから運転状態Ｂへ切り替えるとともに運転状態Ｂを長期間にわたって継続したとき、入力排気温度はある程度の遅れをもって運転状態Ｂに適合した入力排気温度（定常排気温度）へ収束する。
（ｂ）入力排気温度が定常排気温度へ収束するまでの時間は燃料噴射量や吸入空気量と相関を有する。

そこで、請求項１に記載の発明のように、燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値を用いて入力排気温度の推定値を算出することで、入力排気温度の推定精度の向上が図られる。これにより、排気温度を精度良く推定することができるようになる。

＜請求項２＞
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記推定手段は、次の計算式から前記入力排気温度の推定値を算出するものである

Ｙ ← Ｙ（ｎ−１）＋｛Ｚ（ｎ）−Ｙ（ｎ−１）｝／Ｘ

（Ａ）前記「Ｙ」は今回制御周期における前記入力排気温度の推定値
（Ｂ）前記「Ｙ（ｎ−１）」は前回制御周期にて算出した前記入力排気温度の推定値
（Ｃ）前記「Ｚ（ｎ）」は今回制御周期の機関運転状態に基づいて算出した前記入力排気温度の推定値の基準値
（Ｄ）前記「Ｘ」は燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値

ことを要旨としている。

＜請求項３＞
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記推定手段は、前記燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方と前記なまし値との関係を予め設定した演算モデルから前記「Ｘ」を算出するものであることを要旨としている。

＜請求項４＞
請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置において、前記推定手段は、機関運転状態と前記入力排気温度との関係を予め設定した演算モデルから前記「Ｚ（ｎ）」を算出するものであることを要旨としている。

＜請求項５＞
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記推定手段は、燃料噴射量が大きくなるにつれて前記なまし値を大きくするものであることを要旨としている。

本発明者は、試験を通じて、入力排気温度の変化について次のことを確認した。即ち、燃料噴射量が大きくなるにつれて、入力排気温度が定常排気温度へ収束する時間は長くなる（入力排気温度は定常排気温度へ収束しにくくなる）。

そこで、請求項５に記載の発明のように、燃料噴射量が大きくなるにつれてなまし値を大きくすることで、入力排気温度の推定値ひいては出力排気温度の推定値をより精度良く算出することができるようになる。

＜請求項６＞
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記推定手段は、吸入空気量が大きくなるにつれて前記なまし値を小さくするものであることを要旨としている。

本発明者は、試験を通じて、入力排気温度の変化について次のことを確認した。即ち、吸入空気量が大きくなるにつれて、入力排気温度が定常排気温度へ収束する時間は短くなる（入力排気温度は定常排気温度へ収束しやすくなる）。

そこで、請求項６に記載の発明のように、吸入空気量が大きくなるにつれてなまし値を小さくすることで、入力排気温度の推定値ひいては出力排気温度の推定値をより精度良く算出することができるようになる。

＜請求項７＞
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記出力温度推定手段は、排気と排気系との熱交換を模擬した熱交換モデルへ前記入力排気温度の推定値を適用することで前記出力排気温度の推定値を算出するものであることを要旨としている。

＜請求項８＞
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、当該内燃機関は、排気中へ添加剤を供給する添加剤供給手段と、排気中の窒素酸化物を吸蔵する触媒装置とを備えるものであり、当該制御装置は、前記触媒装置に吸蔵されている窒素酸化物を還元するための条件が成立しているとき、前記添加剤供給手段による添加剤の供給を通じて前記窒素酸化物を還元する処理を行うとともに、前記触媒装置の温度の推定値が前記添加剤による窒素酸化物の還元反応を起こすことのできる還元温度以上であることを少なくとも前記条件に含むものであり、さらに前記出力排気温度の推定値に基づいて前記触媒装置の温度の推定値を算出するものであることを要旨としている。

窒素酸化物の還元を行う内燃機関においては、触媒装置の実際の温度が還元温度未満であるにもかかわらず排気中への添加剤の供給が行われたとき、触媒装置において添加剤の酸化反応が十分に生じないことに起因して種々の問題をまねくおそれがある。従って、同内燃機関の制御装置においては、こうした問題をまねきにくくするために、触媒装置の温度を精度良く推定することが要求される。

請求項８に記載の発明によれば、入力排気温度の推定値に基づいて出力排気温度の推定値が算出されるとともに、同推定値に基づいて触媒装置の温度の推定値が算出されるため、触媒装置の温度の推定精度を向上させることができるようになる。

＜請求項９＞
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、当該内燃機関は、排気中へ添加剤を供給する添加剤供給手段と、排気中の窒素酸化物を吸蔵する触媒装置とを備えるものであり、当該制御装置は、前記触媒装置に吸蔵されている硫黄酸化物を還元するための条件が成立しているとき、前記添加剤供給手段による添加剤の供給を通じて前記硫黄酸化物を還元する処理を行うとともに前記触媒装置の温度の推定値と前記触媒装置の温度の目標値とに基づいて前記添加剤の供給量を設定するものであり、さらに前記出力排気温度の推定値に基づいて前記触媒装置の温度の推定値を算出するものであることを要旨としている。

硫黄酸化物の還元を行う内燃機関においては、硫黄酸化物を還元する処理の実行中に添加剤の供給量が適正値を大きく下回っている場合、硫黄酸化物が十分に還元されないことにより窒素酸化物の吸蔵能力の低下をまねくおそれがある。一方で、添加剤の供給量が適正値を大きく上回っている場合、触媒装置の温度が過度に高くなることにより同装置の損傷をまねくおそれがある。従って、同内燃機関の制御装置においては、こうした問題をまねきにくくするために、触媒装置の温度を精度良く推定することが要求される。

請求項９に記載の発明によれば、入力排気温度の推定値に基づいて出力排気温度の推定値が算出されるとともに、同推定値に基づいて触媒装置の温度の推定値が算出されるため、触媒装置の温度の推定精度を向上させることができるようになる。

＜請求項１０＞
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、当該内燃機関は、排気中へ添加剤を供給する添加剤供給手段と、前記添加剤の酸化反応を促進させる触媒装置と、該触媒装置の下流に配置されるとともに粒子状物質を捕捉する排気フィルタとを備えるものであり、当該制御装置は、前記排気フィルタに捕捉されている粒子状物質を浄化するための条件が成立しているとき、前記添加剤供給手段による添加剤の供給を通じて前記粒子状物質を浄化する処理を行うとともに前記排気フィルタの温度の推定値と前記排気フィルタの温度の目標値とに基づいて前記添加剤の供給量を設定するものであり、さらに前記出力排気温度の推定値に基づいて前記排気フィルタの温度の推定値を算出するものであることを要旨としている。

粒子状物質の浄化を行う内燃機関においては、粒子状物質を浄化する処理の実行中に添加剤の供給量が適正値を大きく下回っている場合、粒子状物質が十分に浄化されないことにより排気フィルタの詰まりをまねくおそれがある。一方で、添加剤の供給量が適正値を大きく上回っている場合、排気フィルタの温度が過度に高くなることにより同フィルタの損傷をまねくおそれがある。従って、同内燃機関の制御装置においては、こうした問題をまねきにくくするために、排気フィルタの温度を精度良く推定することが要求される。

請求項１０に記載の発明によれば、入力排気温度の推定値に基づいて出力排気温度の推定値が算出されるとともに、同推定値に基づいて排気フィルタの温度の推定値が算出されるため、排気フィルタの温度の推定精度を向上させることができるようになる。

＜請求項１１＞
請求項１１に記載の発明は、排気温度の推定値を用いて機関制御を行う内燃機関の制御装置において、燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値を用いて前記排気温度の推定値を算出する推定手段を備えたことを要旨としている。

請求項１１に記載の発明のように、燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値を用いて排気温度の推定値を算出することによっても、請求項１に記載の発明の作用効果に準じた作用効果を奏することができるようになる。

＜請求項１２＞
請求項１２に記載の発明は、機関本体での排気温度または該温度に相当する排気温度を入力排気温度とするとともに機関制御に用いられる排気温度を出力排気温度として、前記入力排気温度の推定値を算出した後に該推定値に基づいて前記出力排気温度の推定値を算出する内燃機関の排気温度推定方法において、燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいてなまし値を設定し、この設定したなまし値を用いて前記入力排気温度の推定値を算出することを要旨としている。

請求項１２に記載の発明のように、燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値を用いて入力排気温度の推定値を算出することで、入力排気温度の推定精度の向上が図られる。これにより、排気系での排気温度を精度良く推定することができるようになる。

＜請求項１３＞
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、前記入力排気温度の推定値を次の計算式から算出する

Ｙ ← Ｙ（ｎ−１）＋｛Ｚ（ｎ）−Ｙ（ｎ−１）｝／Ｘ

（Ａ）前記「Ｙ」は今回推定周期における前記入力排気温度の推定値
（Ｂ）前記「Ｙ（ｎ−１）」は前回推定周期にて算出した前記入力排気温度の推定値
（Ｃ）前記「Ｚ（ｎ）」は今回推定周期の機関運転状態に基づいて算出した前記入力排気温度の推定値の基準値
（Ｄ）前記「Ｘ」は燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値

ことを要旨としている。

＜請求項１４＞
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、前記「Ｘ」の算出に際して前記燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方と前記なまし値との関係を予め設定した演算モデルを用いることを要旨としている。

＜請求項１５＞
請求項１５に記載の発明は、請求項１３または１４に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、前記「Ｚ（ｎ）」の算出に際して機関運転状態と前記入力排気温度との関係を予め設定した演算モデルを用いることを要旨としている。

＜請求項１６＞
請求項１６に記載の発明は、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、燃料噴射量が大きくなるにつれて前記なまし値を大きくすることを要旨としている。

請求項１６に記載の発明のように、燃料噴射量が大きくなるにつれてなまし値を大きくすることで、入力排気温度の推定値ひいては出力排気温度の推定値をより精度良く算出することができるようになる。

＜請求項１７＞
請求項１７に記載の発明は、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、吸入空気量が大きくなるにつれて前記なまし値を小さくすることを要旨としている。

請求項１７に記載の発明のように、吸入空気量が大きくなるにつれてなまし値を小さくすることで、入力排気温度の推定値ひいては出力排気温度の推定値をより精度良く算出することができるようになる。

本発明の実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。
本実施形態では、ディーゼルエンジンの制御装置として本発明を具体化した場合を想定している。

＜ディーゼルエンジンの構造＞
図１に、本発明が適用されたディーゼルエンジンの概略構造を示す。
ディーゼルエンジン１は、エンジン本体１１、ターボチャージャ４、コモンレール式燃料供給装置５、排気再循環装置６及び排気浄化装置７を備えて構成されている。また、電子制御装置９を通じて各種装置が制御される。

エンジン本体１１には、複数のシリンダ１２が備えられている。
シリンダ１２内には、空気と燃料との混合気を燃焼させるための燃焼室１３が形成されている。

ディーゼルエンジン１においては、エンジン本体１１のインテークポートとインテークマニホールド２１とインテークパイプ２２とにより、外部の空気を燃焼室１３内へ流通させる吸気通路２３が構成されている。

吸気通路２３には、空気の流れ方向の上流側から順に、エアクリーナ２４、ターボチャージャ４のコンプレッサーホイール４１、インタークーラ２５及びスロットルバルブ２６が配置されている。

ディーゼルエンジン１においては、エンジン本体１１のエキゾーストポートとエキゾーストマニホールド３１とエキゾーストパイプ３２とにより、燃焼室１３内のガスを外部へ流通させる排気通路３３が構成されている。

排気通路３３には、排気の流れ方向の上流側から順に、排気浄化装置７の燃料添加弁７１、ターボチャージャ４のタービンホイール４２並びに排気浄化装置７のＮＯｘ触媒コンバータ７２及び触媒担持型ＰＭフィルタ７３が配置されている。なお、本実施形態においては、燃料添加弁７１が添加剤供給手段に相当する。また、ＮＯｘ触媒コンバータ７２が触媒装置に相当する。また、触媒担持型ＰＭフィルタ７３が排気フィルタに相当する。

〔１〕「ターボチャージャの構造」
ターボチャージャ４は、排気のエネルギーを利用してインテークパイプ２２内の空気を圧縮することで、燃焼室１３内へ供給される空気の量を増加させる。

ターボチャージャ４は、吸気通路２３に配置されたコンプレッサーホイール４１と排気通路３３に配置されたタービンホイール４２とこれら各ホイール４１，４２を接続するローターシャフト４３とを備えて構成されている。そして、排気のエネルギーを通じてタービンホイール４２とともにコンプレッサーホイール４１を回転させることで吸入空気の圧縮を行う。

〔２〕「コモンレール式燃料供給装置の構造」
コモンレール式燃料供給装置５は、高圧の燃料を燃焼室１３内へ噴射することにより、燃焼室１３にて燃料を燃焼させる。

コモンレール式燃料供給装置５は、燃料噴射弁５１、燃料タンク５２、燃料ポンプ５３及びコモンレール５４を備えて構成されている。
燃料噴射弁５１は、対応するシリンダ１２の燃焼室に燃料を噴射する。

燃料ポンプ５３は、燃料タンク５２内の燃料を吸引するとともに、吸引した燃料を所定の圧力まで加圧してコモンレール５４へ供給する。
コモンレール５４は、燃料ポンプ５３から供給された燃料を高圧の状態に維持する。コモンレール５４内の燃料は、各燃料噴射弁５１の開弁にともない燃料噴射弁５１からシリンダ１２の燃焼室へ噴射される。

〔３〕「排気再循環装置の構造」
排気再循環装置６は、インテークパイプ２２内に排気の一部を供給することで、混合気の燃焼温度を低下させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量を低減させる。

排気再循環装置６は、連通管６１、ＥＧＲクーラ６２及びＥＧＲバルブ６３を備えて構成されている。
連通管６１は、タービンホイール４２よりも上流の排気通路３３とスロットルバルブ２６よりも下流の吸気通路２３とを連通する。また、連通管６１には、排気の流れ方向の上流側から順に、ＥＧＲクーラ６２及びＥＧＲバルブ６３が配置されている。

ＥＧＲクーラ６２は、連通管６１を介してインテークパイプ２２へ供給される排気を冷却する。
ＥＧＲバルブ６３は、連通管６１を介してインテークパイプ２２へ供給される排気の流量を調整する。

〔４〕「排気浄化装置の構造」
排気浄化装置７は、排気中の粒子状物質（ＰＭ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の浄化を行う。

排気浄化装置７は、燃料添加弁７１、ＮＯｘ触媒コンバータ７２及び触媒担持型ＰＭフィルタ７３を備えて構成されている。
ＮＯｘ触媒コンバータ７２は、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持された触媒担体を備えて構成されている。

ＮＯｘ触媒コンバータ７２においては、次のようにＮＯｘの浄化が行われる。
（ａ）排気が酸化雰囲気（リーン）の状態にあるとき、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵される。
（ｂ）排気が還元雰囲気（ストイキあるいはリッチ）の状態にあるとき、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘが一酸化窒素（ＮＯ）として離脱し、ＨＣやＣＯにより還元される。

なお、「ストイキ」は排気の空燃比が理論空燃比に相当する状態を、「リーン」は排気の空燃比が理論空燃比よりも大きい状態を、「リッチ」は排気の空燃比が理論空燃比よりも小さい状態をそれぞれ示す。

触媒担持型ＰＭフィルタ７３は、排気中のＰＭを捕捉することのできる多孔質セラミック構造体（ＰＭフィルタ）を備えて構成されている。また、ＰＭフィルタには、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。

触媒担持型ＰＭフィルタ７３においては、次のようにＰＭの捕捉及び浄化が行われる。
（ａ）排気が多孔質セラミック構造体の壁を通過する際、排気中のＰＭが同セラミック構造体の壁に捕捉される。
（ｂ）排気が高温のとき、捕捉されているＰＭが排気中の酸素により酸化される。
（ｃ）ＮＯｘの吸蔵時や放出時に生成される活性酸素により、捕捉されているＰＭが酸化される。

また、触媒担持型ＰＭフィルタ７３においては、ＮＯｘ触媒コンバータ７２と同様の態様をもってＮＯｘの浄化が行われる。
燃料添加弁７１は、燃料（添加剤）の噴射を通じて排気中へ燃料を添加する。燃料添加弁７１には、コモンレール５４へ供給される燃料よりも圧力の低い燃料が燃料ポンプ５３を通じて供給される。

燃料添加弁７１から噴射された燃料は、排気とともにＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３へ供給される。なお、ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３に対して燃料を供給することを目的として、燃料添加弁７１による燃料の噴射（燃料添加）が行われる。こうした燃料添加弁７１による燃料添加態様の詳細については後述する。

〔５〕「制御系の構造」
電子制御装置９は、エンジン制御にかかる演算処理を実行する中央演算処理装置、エンジン制御に必要なプログラムやマップが予め記憶された読み出し専用メモリ、中央演算処理装置の計算結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ、外部の信号を入力するための入力ポート、及び外部へ信号を出力するための出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置９の入力ポートには、エンジン運転状態を検出するための回転速度センサ９１、冷却水温度センサ９２、エアフローメータ９３、吸気温度センサ９４及び大気圧センサ９５等が接続されている。

回転速度センサ９１は、クランクシャフトの近傍に設けられており、クランクシャフトの回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）に応じた電気信号を出力する。回転速度センサ９１の出力信号は、電子制御装置９へ入力された後、エンジン回転速度計測値ＮＥＭとして各種制御に用いられる。

冷却水温度センサ９２は、シリンダ１２の周囲に設けられており、ウォータージャケット内の冷却水の温度（冷却水温度ＴＨＷ）に応じた電気信号を出力する。冷却水温度センサ９２の出力信号は、電子制御装置９へ入力された後、冷却水温度計測値ＴＨＷＭとして各種制御に用いられる。

エアフローメータ９３は、エアクリーナ１６の下流且つコンプレッサーホイール４１の上流の吸気通路２３に設けられており、インテークパイプ２２内を流れる空気の流量（吸入空気量ＧＡ）に応じた電気信号を出力する。エアフローメータ９３の出力信号は、電子制御装置９へ入力された後、吸入空気量計測値ＧＡＭとして各種制御に用いられる。

吸気温度センサ９４は、エアクリーナ１６の下流且つコンプレッサーホイール４１の上流の吸気通路２３に設けられており、インテークパイプ２２内を流れる空気の温度（吸気温度ＴＨＡ）に応じた電気信号を出力する。吸気温度センサ９４の出力信号は、電子制御装置９へ入力された後、吸気温度計測値ＴＨＡＭとして各種制御に用いられる。

大気圧センサ９５は、エアクリーナ１６の近傍の吸気通路２３に設けられており、大気の圧力（大気圧ＦＰＡ）に応じた電気信号を出力する。大気圧センサ９５の出力信号は、電子制御装置９へ入力された後、大気圧計測値ＦＰＡＭとして各種制御に用いられる。

電子制御装置９の出力ポートには、スロットルバルブ２６、ＥＧＲバルブ６３、燃料ポンプ５３、燃料噴射弁５１及び燃料添加弁７１等の駆動回路が接続されている。
電子制御装置９は、上記各センサの検出信号から把握されるエンジン運転状態に基づいて、各制御パラメータの要求値（例えば燃料噴射弁５１による燃料の噴射量（燃料噴射量ＦＩ）や燃料添加弁７１による燃料の添加量（燃料添加量ＦＡ））を設定する。そして、出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に対して、上記要求値に対応した指令信号を出力する。

電子制御装置９は、こうした駆動回路の制御を通じて、スロットルバルブ２６の開度を調整するスロットル制御、ＥＧＲバルブ６３の開度を調整するＥＧＲ制御、燃料ポンプ５３の吐出圧力を調整する吐出圧力制御、燃料噴射弁５１から燃料を噴射させる燃料噴射制御、並びに燃料添加弁７１から燃料を噴射させる燃料添加制御等の各種制御を行う。なお、制御手段は、電子制御装置９を含めて構成されている。

＜排気浄化制御＞
本実施形態では、排気を浄化するための制御として、触媒担持型ＰＭフィルタ７３上のＰＭを燃焼させる「ＰＭ再生制御」、ＮＯｘ触媒に吸蔵されている硫黄酸化物（ＳＯｘ）を還元して放出させる「Ｓ被毒回復制御」、及びＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元して放出させる「ＮＯｘ還元制御」が行われる。

ＰＭを燃焼させるＰＭ再生やＳＯｘを還元・放出させるＳ被毒回復を行うには、ＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３の温度（触媒床温）を十分に高温化する必要がある。そこで、ＰＭ再生制御やＳ被毒回復制御においては、触媒床温をＰＭ再生やＳ被毒回復に必要な温度（例えば６００〜７００℃）まで上昇させる昇温制御が行われる。

昇温制御では、燃料添加弁７１による排気への燃料添加を比較的短い間隔で継続的に繰り返すことで、ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３）に対する燃料の供給量を増大させるようにしている。これにより、排気中や触媒上での燃料の酸化反応にともなう発熱により触媒床温の高温化が図られるようになる。

〔１〕「ＰＭ再生制御」
排気浄化装置７においては、触媒担持型ＰＭフィルタ７３に捕捉されているＰＭの量が多くなるにつれて、同ＰＭフィルタ７３での圧力損失が増大する。従って、エンジン運転状態の悪化をまねく程度まで圧力損失が増大する前に、フィルタ上に堆積しているＰＭを浄化する必要がある。

そこで、電子制御装置９は、触媒担持型ＰＭフィルタ７３に堆積しているＰＭの量が限界値に達したと推定されるとき、ＰＭ再生制御を通じて昇温制御を行う。
そして、ＮＯｘ触媒コンバータ７２での燃料の酸化反応により高温の排気が触媒担持型ＰＭフィルタ７３へ供給されるため、触媒担持型ＰＭフィルタ７３の高温化を通じてＰＭが燃焼される。また、ＮＯｘ触媒コンバータ７２を通過した燃料が触媒担持型ＰＭフィルタ７３で酸化されるため、酸化反応にともなう発熱を通じてＰＭが燃焼される。

〔２〕「Ｓ被毒回復制御」
ＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３のＮＯｘ触媒は、燃料や潤滑油に由来する硫黄分から生成されるＳＯｘをＮＯｘとともに吸収する性質がある。一方で、ＮＯｘ触媒の吸蔵量には限界があるため、ＳＯｘ吸蔵量が過度に多くなった場合にはＮＯｘ吸蔵能力の低下（Ｓ被毒）をまねくようになる。従って、排気浄化装置７においては、ＳＯｘ吸蔵量の増加に起因してＮＯｘの吸蔵に支障をきたす前に、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘを還元する必要がある。

そこで、電子制御装置９は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘの量が限界値に達したと推定されるとき、Ｓ被毒回復制御を通じて昇温制御とＳＯｘ還元制御とを行う。
これにより、昇温制御を通じてＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３が高温化された後、ＳＯｘ還元制御を通じて排気の空燃比がリッチとされるため、ＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３の周囲が高温の還元雰囲気に維持される。そして、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘが還元された後にＮＯｘ触媒から放出される。

〔３〕「ＮＯｘ還元制御」
排気浄化装置７においては、ＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３のＮＯｘ吸蔵量が限界に達する前に、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元して放出させる必要がある。

そこで、電子制御装置９は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量が限界値に達したと推定されるとき、ＮＯｘ還元制御を通じて燃料添加弁７１による間欠的な燃料添加を行う。

これにより、ＮＯｘ触媒周囲の排気の空燃比が一時的にストイキまたはリッチの状態とされるため、ＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３のＮＯｘが還元される。なお、ＮＯｘ還元制御時、触媒床温は比較的低温（例えば２５０〜５００℃）に維持される。

なお、上記ＰＭ再生制御やＳ被毒回復制御の実行時における昇温制御の実行中、必要に応じて燃料噴射弁５１によるアフター噴射を行うこともできる。このアフター噴射は、パイロット噴射及びメイン噴射がなされた後の圧縮行程中や排気行程中に実行される燃料の噴射であり、パイロット噴射やメイン噴射のような燃焼室１３での燃焼に供される燃料の噴射とは別の燃料の噴射となっている。これにより、アフター噴射において噴射された燃料の多くは、燃焼室１３内で燃焼されることなく排気系に排出されるため、排気中の燃料が増量されて触媒床温の高温化が図られる。

＜ＰＭ再生制御処理＞
図２を参照して、「ＰＭ再生制御処理」について説明する。本処理は、電子制御装置９により一定の時間毎に繰り返し実行される。また、本処理が機関制御手段を通じて実行される処理に相当する。なお、以降の説明において、コンバータ触媒床温ＴＣはＮＯｘ触媒コンバータ７２の触媒床温を、フィルタ触媒床温ＴＦは触媒担持型ＰＭフィルタ７３の触媒床温を、目標触媒床温ＴＦＴは昇温制御におけるフィルタ触媒床温ＴＦの目標値をそれぞれ示す。

［ステップＳ１１０］フィルタ触媒床温ＴＦを目標触媒床温ＴＦＴまで昇温させるための「昇温制御処理」（図３）が実行されているか否かを判定する。
・「昇温制御処理」が実行されていないとき、ステップＳ１２０の処理を行う。
・「昇温制御処理」が実行されているとき、ステップＳ１３０の処理を行う。

［ステップＳ１２０］ＰＭ再生制御の実行条件（ＰＭを浄化するための条件）が成立しているか否かを判定する。
・実行条件が成立しているとき、ステップＳ１２２の処理を行う。
・実行条件が成立していないとき、「ＰＭ再生制御処理」を一旦終了する。

ステップＳ１２０の処理においては、例えば、次の［ａ］及び［ｂ］の条件が成立していることをもってＰＭ再生制御の実行条件が成立していると判断することができる。
［ａ］触媒担持型ＰＭフィルタ７３に堆積しているＰＭ量（ＰＭ堆積量）が限界値に達している。
［ｂ］コンバータ触媒床温ＴＣの推定値（推定コンバータ触媒床温ＴＣＥ）が、燃料の酸化反応を起こすために必要となる下限温度ＴＣｌｍｔ以上である。なお、推定コンバータ触媒床温ＴＣＥは、「排気温度推定処理」（図４及び図５）を通じて算出される。また、ＮＯｘ触媒コンバータ７２の触媒床温を代表する値として算出される。

ステップＳ１２０の処理においては、例えば、次の［ｃ］及び［ｄ］の条件のいずれかが成立していることをもってＰＭ堆積量が限界値に達していると判断することができる。
［ｃ］ディーゼルエンジン１の運転履歴（吸入空気量や燃料噴射量）に基づいて推定されたＰＭ堆積量が所定値以上である。
［ｄ］触媒担持型ＰＭフィルタ７３上流の圧力の計測値と下流の圧力の計測値との乖離度合いが所定の度合いよりも大きい。

［ステップＳ１２２］「昇温制御処理」（図３）を開始する。これにより、「ＰＭ再生制御処理」の次回の制御周期においては、ステップＳ１１０の処理からステップＳ１３０の処理へ移行するようになる。

［ステップＳ１３０］ＰＭ再生制御の終了条件が成立しているか否かを判定する。
・終了条件が成立しているとき、ステップＳ１３２の処理を行う。
・終了条件が成立していないとき、「ＰＭ再生制御処理」を一旦終了する。

ステップＳ１３０の処理においては、例えば、次の［ａ］及び［ｂ］の条件のいずれかが成立していることをもってＰＭ再生制御の終了条件が成立していると判断することができる。
［ａ］ディーゼルエンジン１の運転履歴（吸入空気量や燃料噴射量）に基づいて推定されたＰＭ堆積量が初期値以下である。
［ｂ］触媒担持型ＰＭフィルタ７３上流の圧力の計測値と下流の圧力の計測値との乖離度合いが所定の度合いよりも小さい。

本実施形態の排気浄化装置７においては、ＰＭ再生制御の実行条件の成立からＰＭ再生制御の終了条件の成立までの期間がＰＭ再生制御の実行中に相当する。即ち、同期間がＰＭ再生制御の１サイクルに相当する。

［ステップＳ１３２］「昇温制御処理」（図３）を終了する。なお、ＰＭ再生制御の実行条件や終了条件については、上記にて例示した内容に限られず適宜変更することができる。

＜昇温制御処理＞
図３を参照して、「昇温制御処理」について説明する。本処理は、ＰＭ再生制御の実行条件が成立してからＰＭ再生制御の終了条件が成立するまでの間、電子制御装置９により一定の時間毎に繰り返し実行される。

［ステップＳ２１０］「ＰＭ再生制御処理」を通じて「昇温制御処理」が開始された後に目標触媒床温ＴＦＴの設定が行われたか否かを判定する。
・目標触媒床温ＴＦＴの設定が行われていないとき、ステップＳ２１２の処理を行う。
・目標触媒床温ＴＦＴの設定が行われているとき、ステップＳ２１４の処理を行う。

［ステップＳ２１２］エンジン運転状態（例えば、エンジン回転速度計測値ＮＥＭ及び燃料噴射量ＦＩ）に基づいて、目標触媒床温ＴＦＴを算出する。ここでは、エンジン運転状態と目標触媒床温ＴＦＴとの関係が予め設定されたマップから目標触媒床温ＴＦＴを算出する。

目標触媒床温ＴＦＴは、ＮＯｘ触媒コンバータ７２の正常時に触媒担持型ＰＭフィルタ７３上のＰＭを燃焼させるために最低限必要とされる触媒床温よりも高い温度として設定されている。従って、ＮＯｘ触媒コンバータ７２の正常時、「昇温制御処理」を通じてフィルタ触媒床温ＴＦが目標触媒床温ＴＦＴに維持されることにより、堆積しているＰＭが十分に燃焼されるようになる。

［ステップＳ２１４］目標触媒床温ＴＦＴに基づいて、燃料添加弁７１による排気への燃料の添加量（燃料添加量ＦＡ）を設定する。ここでは、目標触媒床温ＴＦＴとフィルタ触媒床温ＴＦの推定値（推定フィルタ触媒床温ＴＦＥ）との差に基づいて、フィルタ触媒床温ＴＦを目標触媒床温ＴＦＴに維持するために必要となる燃料添加量ＦＡを算出する。なお、推定フィルタ触媒床温ＴＦＥは、「排気温度推定処理」（図４及び図５）を通じて算出される。また、触媒担持型ＰＭフィルタ７３の触媒床温を代表する値として算出される。

電子制御装置９において別途実行されている燃料添加制御では、このステップＳ２１４を通じて燃料添加量ＦＡが設定される毎に同添加量ＦＡの燃料を燃料添加弁７１から噴射させるべく同添加弁７１を制御する。こうして、燃料添加弁７１による燃料添加が繰り返して実行されることにより、フィルタ触媒床温ＴＦが目標触媒床温ＴＦＴ（または近傍の温度）に維持されるようになる。

＜排気温度推定処理＞
本処理は、次の「第１推定処理」、「第２推定処理」及び「第３推定処理」を含めて構成されている。

（ａ）「第１推定処理」では、エンジン本体１１での排気温度（第１排気温度ＴＥＡ（入力排気温度））を推定する。なお、入力排気温度として、エンジン本体１１での排気温度に相当する排気温度（例えば、排気系にて熱交換が行われる前の排気温度）を採用することもできる。

（ｂ）「第２推定処理」では、ターボチャージャ４の下流且つＮＯｘ触媒コンバータ７２の上流の排気通路３３において排気系との熱交換が行われた後の排気温度（第２排気温度ＴＥＢ（出力排気温度））を推定する。

（ｃ）「第３推定処理」では、ＮＯｘ触媒コンバータ７２の下流且つ触媒担持型ＰＭフィルタ７３の上流の排気通路３３において排気系との熱交換が行われた後の排気温度（第３排気温度ＴＥＣ（出力排気温度））を推定する。

以降では、本処理を通じて算出される上記各排気温度の推定値をそれぞれ次のように示す。
・第１排気温度ＴＥＡの推定値を第１排気温度推定値ｅＴＥＡとする。
・第２排気温度ＴＥＢの推定値を第２排気温度推定値ｅＴＥＢとする。
・第３排気温度ＴＥＣの推定値を第３排気温度推定値ｅＴＥＣとする。

図４及び図５を参照して、「排気温度推定処理」の詳細な処理手順について説明する。本処理は、電子制御装置９により一定の時間毎に繰り返し実行される。なお、「排気温度推定処理」は、入力温度推定手段を通じて実行される処理、出力温度推定手段を通じて実行される処理及び推定手段を通じて実行される処理を含めて構成されている。

本処理において、ステップＳ３１２の処理は「第１推定処理」に、ステップＳ３２０の処理は「第２推定処理」に、ステップＳ３３０の処理は「第３推定処理」にそれぞれ相当する。

［ステップＳ３０２］今回制御周期のエンジン運転状態（燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量ＧＡ）に基づいて定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅを算出する。ここでは、燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量計測値ＧＡＭを定常排気温度算出マップ（図６）に適用して定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅ（入力排気温度の推定値の基準値）を算出する。

ディーゼルエンジン１においては、「ＰＭ再生制御」や「Ｓ被毒回復制御」等の実行に応じて燃料供給形態が切り替えられる。混合気の燃焼状態は、それぞれの燃料供給形態により異なるため、電子制御装置９には燃料供給形態毎に定常排気温度算出マップが設定されている。そして、ステップＳ３０２の処理における定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅの算出に際しては、今回制御周期の燃料供給形態に応じたマップが選択される。

定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅは、定常運転状態（同一の燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量ＧＡのもとで長期間にわたってディーゼルエンジン１を運転させた状態）のもとで得られる第１排気温度ＴＥＡに相当する。即ち、ステップＳ３０２の処理を通じて、燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量ＧＡを今回制御周期の燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量ＧＡに保持してディーゼルエンジン１を長期間にわたって運転させたときの第１排気温度ＴＥＡとして定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅが算出される。

定常排気温度算出マップ（図６）は、試験により燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量ＧＡと定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅとの関係を予め把握してマップ化することにより構成されている。各パラメータと定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅとの関係を次の（ａ）及び（ｂ）に示す。

（ａ）定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅは、燃料噴射量ＦＩに応じて変化する傾向を示すとともに、基本的には燃料噴射量ＦＩが増加するにつれて高温側へ変化する。上記マップにおいては、こうした定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅの変化傾向に即して燃料噴射量ＦＩと定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅとの関係が設定されている。

（ｂ）定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅは、吸入空気量ＧＡに応じて変化する傾向を示すとともに、基本的には吸入空気量ＧＡが増加するにつれて高温側へ変化する。上記マップにおいては、こうした定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅの変化傾向に即して吸入空気量ＧＡと定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅとの関係が設定されている。なお、本実施形態では、定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅを算出するためのパラメータとして吸入空気量ＧＡを採用しているが、吸入空気量ＧＡの指標値としてエンジン回転速度ＮＥを採用することもできる。

［ステップＳ３０４］エアフローメータ９３の計測値（吸入空気量計測値ＧＡＭ）と燃焼室１３へ供給される吸入空気量（供給吸入空気量ＧＡＲ）とのずれに応じて定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅを補正するための吸気補正係数ＧＭを算出する。

ステップＳ３０４の処理では、吸入空気量計測値ＧＡＭと供給吸入空気量ＧＡＲとの比（吸気比率ＧＮ）を算出する。そして、吸気比率ＧＮと吸気補正係数ＧＭとの関係が予め設定されたマップから吸気補正係数ＧＭを算出する。なお、供給吸入空気量ＧＡＲは、例えば次のように算出することができる。即ち、吸入空気量計測値ＧＡＭに対して、ＥＧＲガスの流量やターボチャージャ４による過給度合い等を加味した補正を適用し、補正後の値を供給吸入空気量ＧＡＲとすることができる。

［ステップＳ３０６］基準のエンジン運転環境と実際のエンジン運転環境との違いによる定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅと実際の第１排気温度ＴＥＡとのずれを補正するための各種補正量を算出する。ここでは、次の（Ａ）〜（Ｃ）の補正量を算出する。なお、基準のエンジン運転環境は、定常排気温度算出マップ（図６）を構築したときのエンジン運転環境に相当する。

（Ａ）「水温補正量ＴＥｔｈｗ」
水温補正量ＴＥｔｈｗは、基準のエンジン運転環境における冷却水温度ＴＨＷと実際の冷却水温度ＴＨＷとの違いによる定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅと実際の第１排気温度ＴＥＡとのずれを補正する値として算出される。

ステップＳ３０６の処理では、冷却水温度ＴＨＷと水温補正量ＴＥｔｈｗとの関係が予め設定されたマップに冷却水温度計測値ＴＨＷＭを適用して水温補正量ＴＥｔｈｗを算出する。ちなみに、第１排気温度ＴＥＡは、冷却水温度ＴＨＷに応じて変化する傾向を示すとともに、基本的には冷却水温度ＴＨＷが低下するにつれて低温側へ変化する。上記マップにおいては、こうした第１排気温度ＴＥＡの変化傾向に即して冷却水温度ＴＨＷと水温補正量ＴＥｔｈｗとの関係が設定されている。

（Ｂ）「吸気温補正量ＴＥｔｈａ」
吸気温補正量ＴＥｔｈａは、基準のエンジン運転環境における吸気温度ＴＨＡと実際の吸気温度ＴＨＡとの違いによる定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅと実際の第１排気温度ＴＥＡとのずれを補正する値として算出される。

ステップＳ３０６の処理では、吸気温度ＴＨＡと吸気温補正量ＴＥｔｈａとの関係が予め設定されたマップに吸気温度計測値ＴＨＡＭを適用して吸気温補正量ＴＥｔｈａを算出する。ちなみに、第１排気温度ＴＥＡは、吸気温度ＴＨＡに応じて変化する傾向を示すとともに、基本的には吸気温度ＴＨＡが低下するにつれて低温側へ変化する。上記マップにおいては、こうした第１排気温度ＴＥＡの変化傾向に即して吸気温度ＴＨＡと吸気温補正量ＴＥｔｈａとの関係が設定されている。

（Ｃ）「大気圧補正量ＴＥｆｐａ」
大気圧補正量ＴＥｆｐａは、基準のエンジン運転環境における大気圧ＦＰＡと実際の大気圧ＦＰＡとの違いによる定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅと実際の第１排気温度ＴＥＡとのずれを補正する値として算出される。

ステップＳ３０６の処理では、大気圧ＦＰＡと大気圧補正量ＴＥｆｐａとの関係が予め設定されたマップに大気圧計測値ＦＰＡＭを適用して大気圧補正量ＴＥｆｐａを算出する。ちなみに、第１排気温度ＴＥＡは、大気圧ＦＰＡに応じて変化する傾向を示すとともに、基本的には大気圧ＦＰＡが低下するにつれて高温側へ変化する。上記マップにおいては、こうした第１排気温度ＴＥＡの変化傾向に即して大気圧ＦＰＡと大気圧補正量ＴＥｆｐａとの関係が設定されている。

［ステップＳ３０８］吸気補正係数ＧＭ及び上記各補正量を通じて定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅを補正するとともに、補正後の値を環境補正排気温度ＴＥｅｎｇとして設定する。即ち、次の［式１］により環境補正排気温度ＴＥｅｎｇを算出する。

［式１］

ＴＥｅｎｇ ←

（ＴＥＡｂａｓｅ − ＴＨＡＭ） × ＧＭ

＋ ＴＨＡＭ ＋ ＴＥｔｈｗ ＋ ＴＥｔｈａ ＋ ＴＥｆｐａ

なお、上記［式１］においては、エンジン運転環境に応じた補正量として水温補正量ＴＥｔｈｗ、吸気温補正量ＴＥｔｈａ及び大気圧補正量ＴＥｆｐａを用いるようにしているが、さらに別の補正量（例えばエンジンの背圧に応じて設定した背圧補正量）を用いて環境補正排気温度ＴＥｅｎｇを算出することもできる。

［ステップＳ３１０］燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量ＧＡに基づいてなまし値ＳＭを設定する。ここでは、なまし値算出マップ（図７）に燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量計測値ＧＡＭを適用してなまし値ＳＭを算出する。

本実施形態においては、本発明者による試験を通じて確認された第１排気温度ＴＥＡの変化態様に基づいて、なまし値算出マップが設定されている。以下の〔１〕「第１排気温度ＴＥＡの変化態様」において、なまし値算出マップの設定に際しての基礎とされる事項について説明する。また、以下の〔２〕「なまし値算出マップの設定態様」において、同〔１〕の事項に基づいたなまし値算出マップの設定態様について説明する。

〔１〕「第１排気温度ＴＥＡの変化態様」
本発明者は、試験を通じて、エンジン運転状態の変化にともなう第１排気温度ＴＥＡの変化態様について次の（Ａ）〜（Ｄ）の事項を確認した。

（Ａ）吸入空気量ＧＡを一定にして燃料噴射量ＦＩを前回燃料噴射量ＦＩＡから今回燃料噴射量ＦＩＢへ変化させたとき、第１排気温度ＴＥＡはある程度の応答遅れをもって前回燃料噴射量ＦＩＡに適合した定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅ（前回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＡ）から今回燃料噴射量ＦＩＢに適合した定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅ（今回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＢ）へ推移する。

なお、前回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＡは、前回燃料噴射量ＦＩＡ及び吸入空気量ＧＡを定常排気温度算出マップへ適用することにより得られる定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅに相当する。また、今回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＢは、今回燃料噴射量ＦＩＡ及び吸入空気量ＧＡを定常排気温度算出マップへ適用することにより得られる定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅに相当する。

（Ｂ）上記（Ａ）の状況において、第１排気温度ＴＥＡの応答遅れの度合い（第１排気温度ＴＥＡが前回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＡから今回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＢへ到達するまでの時間（遅れ時間））は、燃料噴射量ＦＩと相関を有する。

（Ｃ）燃料噴射量ＦＩを一定にして吸入空気量ＧＡを前回吸入空気量ＧＡＣから今回吸入空気量ＧＡＤへ変化させたとき、第１排気温度ＴＥＡはある程度の応答遅れをもって前回吸入空気量ＧＡＣに適合した定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅ（前回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＣ）から今回吸入空気量ＧＡＤに適合した定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅ（今回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＤ）へ推移する。

なお、前回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＣは、前回吸入空気量ＧＡＣ及び燃料噴射量ＦＩを定常排気温度算出マップへ適用することにより得られる定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅに相当する。また、今回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＤは、今回吸入空気量ＧＡＤ及び燃料噴射量ＦＩを定常排気温度算出マップへ適用することにより得られる定常排気温度ＴＥＡｂａｓｅに相当する。

（Ｄ）上記（Ｃ）の状況において、第１排気温度ＴＥＡの応答遅れの度合い（第１排気温度ＴＥＡが前回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＣから今回定常温度ＴＥＡｂａｓｅＤへ到達するまでの時間（遅れ時間））は、吸入空気量ＧＡと相関を有する。

〔２〕「なまし値算出マップの設定態様」
吸入空気量ＧＡが一定の状態において燃料噴射量ＦＩが変化したときの上記遅れ時間は、燃料噴射量ＦＩが増加するにつれて長くなる傾向を示す。なまし値算出マップにおいては、こうした第１排気温度ＴＥＡの応答遅れの度合いに即して燃料噴射量ＦＩとなまし値ＳＭとの関係が設定されている。即ち、燃料噴射量ＦＩが増量側へ変化するにつれてなまし値ＳＭが大きくなるようにマップが構成されている。

燃料噴射量ＦＩが一定の状態において吸入空気量ＧＡが変化したときの上記遅れ時間は、吸入空気量ＧＡが増加するにつれて短くなる傾向を示す。なまし値算出マップにおいては、こうした第１排気温度ＴＥＡの応答遅れの度合いに即して吸入空気量ＧＡとなまし値ＳＭとの関係が設定されている。即ち、吸入空気量ＧＡが増量側へ変化するにつれてなまし値ＳＭが小さくなるようにマップが構成されている。

［ステップＳ３１２］前回制御周期にて算出した第１排気温度推定値ｅＴＥＡと今回制御周期にて算出した環境補正排気温度ＴＥｅｎｇとの差及びなまし値ＳＭに基づいて、前回制御周期からの第１排気温度ＴＥＡの上昇量を算出する。そして、この温度上昇量を前回制御周期の第１排気温度推定値ｅＴＥＡに加えることで今回制御周期の第１排気温度推定値ｅＴＥＡを算出する。即ち、次の［式２］により第１排気温度推定値ｅＴＥＡを算出する。

［式２］

ｅＴＥＡ ← ｅＴＥＡ（ｎ−１）

＋ ｛ＴＥｅｎｇ（ｎ） − ｅＴＥＡ（ｎ−１）｝ ／ ＳＭ

上記［式２］において、各項はそれぞれ次の値を示す。
・「ＴＥｅｎｇ（ｎ）」 ：今回制御周期の環境補正排気温度。
・「ｅＴＥＡ（ｎ−１）」 ：前回制御周期の第１排気温度推定値。

［ステップＳ３２０］第１排気温度推定値ｅＴＥＡを熱交換モデルに入力して第２排気温度推定値ｅＴＥＢを算出する。
熱交換モデルでは、排気系の熱容量や放熱特性に基づいて排気系と排気との熱交換を模擬することができる。本実施形態においては、エキゾーストマニホールド３１、エキゾーストパイプ３２、ターボチャージャ４、排気再循環装置６及び排気浄化装置７により構成される排気系に基づいて、熱交換モデルが構築されている。即ち、エンジン本体１１のエキゾーストポートを排気系に含めないかたちで同モデルが構築されている。

［ステップＳ３２２］第２排気温度推定値ｅＴＥＢに基づいてＮＯｘ触媒コンバータ７２の触媒床温の推定値（推定コンバータ触媒床温ＴＣＥ）を算出する。ここでは、排気流量、ＮＯｘ触媒コンバータ７２の熱容量及び燃料添加量ＦＡ等を加味して第２排気温度推定値ｅＴＥＢを補正することで推定コンバータ触媒床温ＴＣＥを算出する。

［ステップＳ３３０］第１排気温度推定値ｅＴＥＡを熱交換モデルに入力して第３排気温度推定値ｅＴＥＣを算出する。
［ステップＳ３３２］第３排気温度推定値ｅＴＥＣに基づいて触媒担持型ＰＭフィルタ７３の触媒床温の推定値（推定フィルタ触媒床温ＴＦＥ）を算出する。ここでは、排気流量、触媒担持型ＰＭフィルタ７３の熱容量及び燃料添加量ＦＡ等を加味して第３排気温度推定値ｅＴＥＣを補正することで推定フィルタ触媒床温ＴＦＥを算出する。

＜実施形態の効果＞
以上詳述したように、この実施形態にかかる内燃機関の制御装置によれば、以下に示すような効果が得られるようになる。

（１）本実施形態の内燃機関の制御装置では、燃料噴射量ＦＩ及び吸入空気量ＧＡに基づいて設定したなまし値ＳＭを用いて第１排気温度推定値ｅＴＥＡを算出するようにしている。これにより、第１排気温度ＴＥＡの推定精度の向上が図られるため、第２排気温度ＴＥＢを精度良く推定することができるようになる。

（２）ディーゼルエンジン１においては、コンバータ触媒床温ＴＣが下限温度ＴＣｌｍｔ未満であるにもかかわらず排気中への燃料の添加が行われたとき、ＮＯｘ触媒コンバータ７２において燃料の酸化反応が十分に生じないことに起因して種々の問題（例えば、燃料がＮＯｘ触媒コンバータ７２に付着することによりコンバータの詰まりが生じる等）をまねくおそれがある。

本実施形態の内燃機関の制御装置では、第１排気温度推定値ｅＴＥＡに基づいて第２排気温度推定値ｅＴＥＢを算出するとともに、第２排気温度推定値ｅＴＥＢに基づいて推定コンバータ触媒床温ＴＣＥを算出するようにしているため、コンバータ触媒床温ＴＣの推定精度の向上が図られるようになる。これにより、適切な判定結果に基づいて燃料添加弁７１による燃料添加が実行されるため、上記問題が生じることを抑制することができるようになる。

（３）ディーゼルエンジン１においては、ＰＭ再生制御の実行中に燃料添加量ＦＡが適正値を大きく下回っている場合、ＰＭが十分に浄化されないことにより触媒担持型ＰＭフィルタ７３の詰まりをまねくおそれがある。一方で、燃料添加量ＦＡが適正値を大きく上回っている場合、フィルタ触媒床温ＴＦが過度に高くなることにより触媒担持型ＰＭフィルタ７３の損傷をまねくおそれがある。

本実施形態の内燃機関の制御装置では、第１排気温度推定値ｅＴＥＡに基づいて第３排気温度推定値ｅＴＥＣを算出するとともに、第３排気温度推定値ｅＴＥＣに基づいて推定フィルタ触媒床温ＴＦＥを算出するようにしているため、フィルタ触媒床温ＴＦの推定精度の向上が図られるようになる。これにより、燃料添加量ＦＡが適正値を大きく下回るあるいは上回るといった状態が生じにくくなるため、上記問題が生じることを抑制することができるようになる。

＜変更例＞
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記実施形態において、次のような構成を採用することもできる。即ち、第３排気温度推定値ｅＴＥＣに基づいて推定コンバータ触媒床温ＴＣＥの算出を行うとともに、Ｓ被毒回復制御においてこの推定コンバータ触媒床温ＴＣＥを用いて燃料添加量ＦＡを設定することもできる。

ちなみに、ディーゼルエンジン１においては、Ｓ被毒回復制御の実行中に燃料添加量ＦＡが適正値を大きく下回っている場合、ＳＯｘが十分に還元されないことによりＮＯｘの吸蔵能力の低下をまねくおそれがある。一方で、燃料添加量ＦＡが適正値を大きく上回っている場合、コンバータ触媒床温ＴＣやフィルタ触媒床温ＴＦが過度に高くなることによりＮＯｘ触媒コンバータ７２や触媒担持型ＰＭフィルタ７３の損傷をまねくこともある。

この点、上記構成を採用した場合には、燃料添加量ＦＡが適正値を大きく下回るあるいは上回るといった状態が生じにくくなるため、上記問題が生じることを抑制することができるようになる。

・上記実施形態において、次のような構成を採用することもできる。即ち、第２排気温度推定値ｅＴＥＢに基づいて推定コンバータ触媒床温ＴＣＥの算出を行うとともに、ＮＯｘ還元制御において同触媒床温ＴＣＥに基づいてコンバータ触媒床温ＴＣが下限温度ＴＣｌｍｔ未満であるか否かを判定することもできる。

ちなみに、ディーゼルエンジン１においては、コンバータ触媒床温ＴＣが下限温度ＴＣｌｍｔ未満であるにもかかわらず排気中への燃料の添加が行われたとき、ＮＯｘ触媒コンバータ７２において燃料の酸化反応が十分に生じないことに起因して種々の問題をまねくおそれがある。

この点、上記構成を採用した場合には、適切な判定結果に基づいて燃料添加弁７１による燃料添加が実行されるため、上記問題が生じることを抑制することができるようになる。

・上記実施形態では、ディーゼルエンジンの制御装置として本発明を具体化したが、排気温度をパラメータとして機関制御を行う内燃機関の制御装置であれば、適宜の制御装置に対して本発明を適用することができる。また、そうした場合にあっても、上記実施形態の作用効果に準じた作用効果が奏せられるようになる。

本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した実施形態について、同制御装置が搭載されたディーゼルエンジンの全体構成を示す構成図。 同実施形態において電子制御装置により実行される「ＰＭ再生制御処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において電子制御装置により実行される「床温制御処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において電子制御装置により実行される「排気温度推定処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において電子制御装置により実行される「排気温度推定処理」の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の「排気温度推定処理」にて用いられる定常排気温度算出マップを示す図。 同実施形態の「排気温度推定処理」にて用いられるなまし値算出マップを示す図。

符号の説明

１…ディーゼルエンジン、１１…エンジン本体、１２…シリンダ、１３…燃焼室。
２１…インテークマニホールド、２２…インテークパイプ、２３…吸気通路、２４…エアクリーナ、２５…インタークーラ、２６…スロットルバルブ。

３１…エキゾーストマニホールド、３２…エキゾーストパイプ、３３…排気通路。
４…ターボチャージャ、４１…コンプレッサーホイール、４２…タービンホイール、４３…ローターシャフト。

５…コモンレール式燃料供給装置、５１…燃料噴射弁、５２…燃料タンク、５３…燃料ポンプ、５４…コモンレール。
６…排気再循環装置、６１…連通管、６２…ＥＧＲクーラ、６３…ＥＧＲバルブ。

７…排気浄化装置、７１…燃料添加弁、７２…ＮＯｘ触媒コンバータ、７３…触媒担持型ＰＭフィルタ。
９…電子制御装置、９１…回転速度センサ、９２…冷却水温度センサ、９３…エアフローメータ、９４…吸気温度センサ、９５…大気圧センサ。

Claims (17)

1. 排気温度をパラメータとして機関制御を行う機関制御手段と、
   機関本体での排気温度または該温度に相当する排気温度を入力排気温度として該入力排気温度の推定値を算出する入力温度推定手段と、
   前記機関制御に用いられる排気温度を出力排気温度として該出力排気温度の推定値を前記入力排気温度の推定値に基づいて算出する出力温度推定手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいてなまし値を設定し、この設定したなまし値を用いて前記入力排気温度の推定値を算出する推定手段を備えた
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記推定手段は、次の計算式から前記入力排気温度の推定値を算出するものである
   
   Ｙ ← Ｙ（ｎ−１）＋｛Ｚ（ｎ）−Ｙ（ｎ−１）｝／Ｘ
   
   （Ａ）前記「Ｙ」は今回制御周期における前記入力排気温度の推定値
   （Ｂ）前記「Ｙ（ｎ−１）」は前回制御周期にて算出した前記入力排気温度の推定値
   （Ｃ）前記「Ｚ（ｎ）」は今回制御周期の機関運転状態に基づいて算出した前記入力排気温度の推定値の基準値
   （Ｄ）前記「Ｘ」は燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値
   
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記推定手段は、前記燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方と前記なまし値との関係を予め設定した演算モデルから前記「Ｘ」を算出するものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記推定手段は、機関運転状態と前記入力排気温度との関係を予め設定した演算モデルから前記「Ｚ（ｎ）」を算出するものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記推定手段は、燃料噴射量が大きくなるにつれて前記なまし値を大きくするものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記推定手段は、吸入空気量が大きくなるにつれて前記なまし値を小さくするものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記出力温度推定手段は、排気と排気系との熱交換を模擬した熱交換モデルへ前記入力排気温度の推定値を適用することで前記出力排気温度の推定値を算出するものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   当該内燃機関は、排気中へ添加剤を供給する添加剤供給手段と、排気中の窒素酸化物を吸蔵する触媒装置とを備えるものであり、
   当該制御装置は、前記触媒装置に吸蔵されている窒素酸化物を還元するための条件が成立しているとき、前記添加剤供給手段による添加剤の供給を通じて前記窒素酸化物を還元する処理を行うとともに、前記触媒装置の温度の推定値が前記添加剤による窒素酸化物の還元反応を起こすことのできる還元温度以上であることを少なくとも前記条件に含むものであり、さらに前記出力排気温度の推定値に基づいて前記触媒装置の温度の推定値を算出するものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   当該内燃機関は、排気中へ添加剤を供給する添加剤供給手段と、排気中の窒素酸化物を吸蔵する触媒装置とを備えるものであり、
   当該制御装置は、前記触媒装置に吸蔵されている硫黄酸化物を還元するための条件が成立しているとき、前記添加剤供給手段による添加剤の供給を通じて前記硫黄酸化物を還元する処理を行うとともに前記触媒装置の温度の推定値と前記触媒装置の温度の目標値とに基づいて前記添加剤の供給量を設定するものであり、さらに前記出力排気温度の推定値に基づいて前記触媒装置の温度の推定値を算出するものである
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
    当該内燃機関は、排気中へ添加剤を供給する添加剤供給手段と、前記添加剤の酸化反応を促進させる触媒装置と、該触媒装置の下流に配置されるとともに粒子状物質を捕捉する排気フィルタとを備えるものであり、
    当該制御装置は、前記排気フィルタに捕捉されている粒子状物質を浄化するための条件が成立しているとき、前記添加剤供給手段による添加剤の供給を通じて前記粒子状物質を浄化する処理を行うとともに前記排気フィルタの温度の推定値と前記排気フィルタの温度の目標値とに基づいて前記添加剤の供給量を設定するものであり、さらに前記出力排気温度の推定値に基づいて前記排気フィルタの温度の推定値を算出するものである
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 排気温度の推定値を用いて機関制御を行う内燃機関の制御装置において、
    燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値を用いて前記排気温度の推定値を算出する推定手段を備えた
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
12. 機関本体での排気温度または該温度に相当する排気温度を入力排気温度とするとともに機関制御に用いられる排気温度を出力排気温度として、前記入力排気温度の推定値を算出した後に該推定値に基づいて前記出力排気温度の推定値を算出する内燃機関の排気温度推定方法において、
    燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいてなまし値を設定し、この設定したなまし値を用いて前記入力排気温度の推定値を算出する
    ことを特徴とする内燃機関の排気温度推定方法。
13. 請求項１２に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、
    前記入力排気温度の推定値を次の計算式から算出する
    
    Ｙ ← Ｙ（ｎ−１）＋｛Ｚ（ｎ）−Ｙ（ｎ−１）｝／Ｘ
    
    （Ａ）前記「Ｙ」は今回推定周期における前記入力排気温度の推定値
    （Ｂ）前記「Ｙ（ｎ−１）」は前回推定周期にて算出した前記入力排気温度の推定値
    （Ｃ）前記「Ｚ（ｎ）」は今回推定周期の機関運転状態に基づいて算出した前記入力排気温度の推定値の基準値
    （Ｄ）前記「Ｘ」は燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方に基づいて設定したなまし値
    
    ことを特徴とする内燃機関の排気温度推定方法。
14. 請求項１３に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、
    前記「Ｘ」の算出に際して前記燃料噴射量及び吸入空気量の少なくとも一方と前記なまし値との関係を予め設定した演算モデルを用いる
    ことを特徴とする内燃機関の排気温度推定方法。
15. 請求項１３または１４に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、
    前記「Ｚ（ｎ）」の算出に際して機関運転状態と前記入力排気温度との関係を予め設定した演算モデルを用いる
    ことを特徴とする内燃機関の排気温度推定方法。
16. 請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、
    燃料噴射量が大きくなるにつれて前記なまし値を大きくする
    ことを特徴とする内燃機関の排気温度推定方法。
17. 請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気温度推定方法において、
    吸入空気量が大きくなるにつれて前記なまし値を小さくする
    ことを特徴とする内燃機関の排気温度推定方法。

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