JP4635864B2

JP4635864B2 - 内燃機関の触媒温度推定装置

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Publication number: JP4635864B2
Application number: JP2005374806A
Authority: JP
Inventors: 慎一副島; 憲保足立; 竜三加山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP2007177646A

Description

本発明は、内燃機関の排気経路に配置された排気浄化触媒の温度を推定する技術に関する。

２つの気筒群を有する内燃機関と、２つの気筒群の各々に接続された排気枝管と、２つの排気枝管を合流させた排気管と、排気管に配置された排気浄化触媒とを備え、２つの気筒群の一方をリッチ空燃比で運転させるとともに他方をリーン空燃比で運転させることにより、未燃燃料成分と酸素を含有した排気を排気浄化触媒へ供給する技術が知られている。

上記したような技術においては、排気浄化触媒へ流入する排気の空燃比が理論空燃比となるように各気筒群の空燃比をフィードバック制御するとともに、その際のフィードバック制御の目標値とリッチ空燃比で運転される気筒群のリッチ度合いとから触媒床温を推定する技術も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００１−１３２４９８号公報特開平８−１８９３８８号公報特開２００１−２２７３６９号公報特開２０００−６４８２４号公報

ところで、排気浄化触媒より上流の排気枝管に触媒が設けられると、その触媒においても未燃燃料成分が反応する。このため、前記触媒における未燃燃料成分の反応如何によって排気浄化触媒の温度が変化する可能性がある。

本発明の目的は、内燃機関の複数の気筒群から排出された排気を合流させた後に排気浄化触媒へ流入させる構成において、排気浄化触媒より上流に触媒が配置された場合であっても排気浄化触媒の温度を正確に取得することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関の触媒温度推定装置は、内燃機関の複数の気筒群に各々接続された複数の排気枝管と、前記複数の排気枝管を合流させた合流排気管と、前記合流排気管に配置された第１触媒と、前記複数の気筒群の一部をリッチ空燃比で運転させるとともに残余の気筒群をリーン空燃比で運転させる空燃比独立制御を行う制御手段と、前記空燃比独立制御の実行時にリッチ空燃比で運転させられる気筒群の排気枝管に配置された第２触媒と、前記空燃比独立制御の実行時に前記第２触媒で反応する未燃燃料成分の量に基づいて前記第１触媒の温度を推定する推定手段と、を備えるようにした。

かかる内燃機関の触媒温度推定装置によれば、複数の気筒群の一部がリッチ空燃比で運転させられるとともに残余の気筒群がリーン空燃比で運転させられる空燃比独立制御が行われた時に、第２触媒で反応する未燃燃料成分の量に基づいて第１触媒の温度が推定される。

この場合、第１触媒へ供給される未燃燃料成分の量、言い換えれば第１触媒において酸化される未燃燃料成分量を特定することができるため、第１触媒が授受する熱量を正確に
求めることが可能となる。その結果、第１触媒の温度を正確に特定することが可能となる。

本発明に係る内燃機関の触媒温度推定装置において、推定手段は、例えば、空燃比独立制御の実行時にリッチ空燃比で運転される気筒群から排出される未燃燃料成分量を演算し、算出された未燃燃料成分量から前記第２触媒で反応する未燃燃料成分量を減算して前記第１触媒へ流入する未燃燃料成分量を算出し、前記第１触媒へ流入する未燃燃料成分量のうち該第１触媒で反応する未燃燃料成分を演算し、前記第１触媒で反応する未燃燃料成分量から前記第１触媒の温度を推定することができる。

尚、本願発明者の鋭意の実験及び検証により、第２触媒で反応する未燃燃料成分量は以下のような傾向を有していることが解った。

第１に、第２触媒で反応する未燃燃料成分量は、第２触媒へ流入する排気の空燃比が一定の空燃比より低い場合には排気の空燃比が高くなるほど多くなり、該第２触媒へ流入する排気の空燃比が一定空燃比を超えると略一定になる傾向を有する。

第２に、第２触媒で反応する未燃燃料成分量は、該第２触媒へ流入する排気の流量が多くなるほど少なくなる傾向を有する。

第３に、第２触媒で反応する未燃燃料成分量は、第２触媒の温度が一定温度より低い場合には該第２触媒の温度が高くなるほど多くなり、第２触媒の温度が一定温度を超えると略一定になる。

依って、本発明に係る推定手段は、第２触媒へ流入する排気の空燃比、排気流量、及び第２触媒の温度に基づいて、第２触媒で反応する未燃燃料成分量を特定するようにしてもよい。

また、空燃比独立制御が行われた場合には、リーン空燃比で運転される気筒群から排出された窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）が第１触媒へ流入する。窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）は還元される際に吸熱する特性を有しているため、第１触媒において窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）が還元されると第１触媒の温度が低下する。

但し、空燃比独立制御が行われた際に第１触媒へ流入する窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の量は、同時期に第１触媒へ流入する未燃燃料成分量に比して十分に少ないため、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）による吸熱量を考慮しなくとも必要十分な温度推定精度を得られるが、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）による吸熱量を考慮して推定精度を一層高めるようにしてもよい。

本発明によれば、内燃機関の複数の気筒群から排出された排気を合流させた後に排気浄化触媒へ流入させる内燃機関において、排気浄化触媒より上流に触媒が配置された場合であっても排気浄化触媒の温度を正確に推定することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

本発明の第１の実施例について図１〜図５に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、２つのバンク２、３を有するＶ型のエンジンである。各バンク２、３には、各々３つの気筒４が形成されている。各気筒４には、燃料噴射弁５から燃料が供給されるようになっている。尚、以下では、バンク２を第１気筒群２と称し、バンク３を第２気筒群３と称する。

第１気筒群２と第２気筒群３には、吸気通路６を介して新気（空気）が導入されるようになっている。吸気通路６には、内燃機関１の吸入空気量Ｇａを測定するエアフローメータ７が取り付けられている。

また、第１気筒群２には第１排気枝管８が接続され、第２気筒群３には第２排気枝管９が接続されている。第１排気枝管８と第２排気枝管９は途中で合流して１本の排気管１０を形成している。

排気管１０には、メイン触媒１１が配置されている。メイン触媒１１は、本発明に係る第１触媒の一実施態様である。メイン触媒１１としては、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯ_ｘ触媒、或いは選択還元型ＮＯ_ｘ触媒等を用いることができる。

第１排気枝管８と第２排気枝管９には、サブ触媒１２、１３が各々配置されている。尚、以下では、第１排気枝管８に配置されたサブ触媒１２を第１サブ触媒１２と称し、第２排気枝管９に配置されたサブ触媒１３を第２サブ触媒１３と称する。

前記した第１サブ触媒１２及び第２サブ触媒１３としては、酸化能を有する触媒を用いることができる。酸化能を有する触媒としては、酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯ_ｘ触媒、選択還元型ＮＯ_ｘ触媒等を例示することができる。

また、前記した排気管１０のメイン触媒１１より上流の部位には、排気温度センサ１４と空燃比センサ１５が配置され、メイン触媒１１へ流入する排気の温度及び空燃比を検出することが可能になっている。

このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１６が併設されている。ＥＣＵ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子回路である。

ＥＣＵ１６には、前述したエアフローメータ７、排気温度センサ１４、或いは空燃比センサ１５に加え、クランクポジションセンサ１７等の各種センサの測定値が入力される。ＥＣＵ１６は、入力された各種測定値に基づいて燃料噴射弁５等を電気的に制御する。

例えば、ＥＣＵ１６は、メイン触媒１１を昇温させる必要がある場合に、第１気筒群２と第２気筒群３の何れか一方をリッチ空燃比で運転させるとともに他方をリーン空燃比で運転させるべく燃料噴射弁５を制御（以下、「空燃比独立制御」と称する）する。

空燃比独立制御が行われた場合には、リッチ空燃比で運転された気筒群から排出される排気は、比較的多量の未燃燃料成分（主に炭化水素（ＨＣ））を含むガス（以下、「リッチ排気」と称する）となる。一方、リーン空燃比で運転された気筒群から排出される排気は、比較的多量の酸素（Ｏ_２）を含むガス（以下、「リーン排気」と称する）となる。

前記したリッチ排気とリーン排気は、第１排気枝管８及び第２排気枝管９を介して排気管１０へ流入する。リッチ排気とリーン排気は排気管１０において相互に混合してメイン触媒１１へ流入する。

リッチ排気とリーン排気の混合ガスがメイン触媒１１へ流入すると、混合ガス中の未燃燃料成分が酸素（Ｏ_２）や窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）等と反応して熱を発生する。その結果、メイン触媒１１は、未燃燃料成分の反応熱を受けて速やかに昇温する。

ところで、メイン触媒１１の浄化率は、所定の温度域（温度浄化ウィンド）で有効となる。このため、上記した空燃比独立制御は、メイン触媒１１の温度（床温）が前記した温度浄化ウィンドに収まるように行われることが好ましい。メイン触媒１１の温度（床温）を温度浄化ウィンドに収めるためには、メイン触媒１１の温度（床温）を正確に求める必要がある。

メイン触媒１１の温度（床温）は、メイン触媒１１と排気との間で授受される熱量やメイン触媒１１からの放熱量に加え、未燃燃料成分が酸素（Ｏ_２）や窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と反応する際に発生する熱量の影響を受ける。

未燃燃料成分の反応熱量は、メイン触媒１１へ供給される未燃燃料成分の量と相関する。そこで、空燃比センサ１５の測定値Ａ／Ｆ、エアフローメータ７の測定値Ｇａ、及び燃料噴射弁５の燃料噴射量等をパラメータとしてメイン触媒１１へ流入する未燃燃料成分量を推定する方法が考えられる。

しかしながら、本実施例に示す内燃機関１のように第１排気枝管８及び第２排気枝管９に第１及び第２サブ触媒１２、１３が配置されていると、空燃比センサ１５の測定値Ａ／Ｆが同等であっても、排気中に含有される未燃燃料成分量が異なる場合がある。

リッチ排気に含まれる未燃燃料成分は、第１又は第２サブ触媒１２、１３において少なからず酸素（Ｏ_２）や窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と反応する。一方、空燃比センサ１５の測定値Ａ／Ｆは、排気中に含まれる燃料成分が既に反応済みであるか或いは未反応であるかにかかわらず略同等になる場合がある。このため、空燃比センサ１５の測定値Ａ／Ｆが同等であっても、メイン触媒１１へ供給される未燃燃料成分量が異なる可能性がある。

依って、メイン触媒１１の温度（床温）を正確に把握するためには、メイン触媒１１へ供給される未燃燃料成分量を正確に特定する必要がある。

そこで、本実施例に係る内燃機関の触媒温度推定装置では、メイン触媒１１へ供給される未燃燃料成分量を正確に特定した上で、メイン触媒１１の温度（床温）を推定するようにした。

以下、メイン触媒１１の温度（床温）を推定する方法について図２に沿って説明する。ここでは、空燃比独立制御において、第１気筒群２がリッチ空燃比で運転されるとともに、第２気筒群３がリーン空燃比で運転される場合を例に挙げる。この場合、第１サブ触媒１２が本発明に係る第２触媒に相当する。

図２は、本実施例における温度推定ルーチンを示すフローチャートである。この温度推定ルーチンは、ＥＣＵ１６のＲＯＭに予め記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１６によって所定期間毎に繰り返し実行される。

温度推定ルーチンでは、ＥＣＵ１６は、先ず、Ｓ１０１において空燃比独立制御が実行されているか否かを判別する。Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１６は本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１６は、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１６は、エアフローメータ７の測定値Ｇａ、機関回転数Ｎｅ、排気温度センサ１４の測定値、空燃比センサ１５の測定値Ａ／Ｆ、第１気筒群２及び第２気筒群３の各々の気筒４に対する燃料噴射量等の各種データを読み込む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１６は、第１気筒群２から排出される未燃燃料成分の総量ΣＦを演算する。

第１気筒群２の各気筒４では、各気筒４内に吸入された空気量に対して理論空燃比の混合気を形成することができる量の燃料が燃焼され、余剰の燃料は未燃のまま排出される。

依って、第１気筒群２から排出される未燃燃料成分量の総量ΣＦは、以下の式（１）により演算することができる。
ΣＦ＝Ｇａｔ１／（Ａ／Ｆｒ）−Ｇａｔ１／（Ａ／Ｆｓ）・・・（１）

式（１）において、Ｇａｔ１は、第１気筒群２の総吸入空気量であり、エアフローメータ７の測定値Ｇａを二等分した量である。Ａ／Ｆｒは、第１気筒群２の空燃比であり、第１気筒群２の総吸入空気量Ｇａｔ１を第１気筒群２の総燃料噴射量（１気筒当たりの燃料噴射量Ｑｉｎｊを三倍した量）で除算した値である。Ａ／Ｆｓは、理論空燃比（１４.７
）である。

尚、第１気筒群２の空燃比Ａ／Ｆｒは、第１サブ触媒１２より上流の第１排気枝管８に空燃比センサ又は酸素濃度センサを取り付けて実測してもよい。

また、内燃機関１の燃料噴射量は、機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬに基づいて定められるため、機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとをパラメータとするマップから未燃燃料成分量ΣＦを求めるようにしてもよい。その際のマップとしては、例えば、図３に示すように、機関回転数Ｎｅが高く且つ負荷率ＫＬが高くなるほど未燃燃料成分量ΣＦが多くなるマップを例示することができる。

ここで図２に戻り、ＥＣＵ１６は、Ｓ１０３において第１気筒群２から排出される未燃燃料成分の総量ΣＦを算出すると、Ｓ１０４へ進む。Ｓ１０４では、ＥＣＵ１６は、第１気筒群２から排出された未燃燃料成分量ΣＦのうち、第１サブ触媒１２において酸素（Ｏ_２）や窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と反応する未燃燃料成分量Ｆｒを演算する。

第１サブ触媒１２において酸素（Ｏ_２）や窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と反応する未燃燃料成分量Ｆｒは、以下の式（２）に基づいて算出することができる。
Ｆｒ＝ΣＦ・（Ｒ１-Ｔｈ１）・・・（２）

式（２）において、Ｒ１は、第１サブ触媒１２へ流入した未燃燃料成分のうち第１サブ触媒１２において反応する未燃燃料成分量の割合（以下、「反応率Ｒ１」と称する）である。Ｔｈ１は、第１サブ触媒１２へ流入した未燃燃料成分のうち該第１サブ触媒１２を未反応のまますり抜ける未燃燃料成分量の割合（以下、「すり抜け率Ｔｈ１」と称する）である。

前記すり抜け率Ｔｈ１は、第１サブ触媒１２へ流入する排気の流量（言い換えれば、排気の流速）をパラメータとして求めることができる。すなわち、前記すり抜け率Ｔｈ１は、第１サブ触媒１２へ流入する排気の流量が増加するほど高くなり且つ第１サブ触媒１２へ流入する排気の流量が減少するほど小さくなる。

そこで、本実施例では、前記すり抜け率Ｔｈと第１サブ触媒１２へ流入する排気の流量
との関係を予め実験的に求めておくとともに、それらの関係をマップ化しておくようにした。尚、第１サブ触媒１２へ流入する排気の流量としては、第１気筒群２の総吸入空気量Ｇａｔ１を用いることができる。

次に、式（２）における反応率Ｒ１は、第１サブ触媒１２の床温に相関する反応率Ｒｔ１と第１サブ触媒１２へ流入する排気の空燃比に相関する反応率Ｒａｆ１との乗算値である。

前記反応率Ｒａｆ１は、図４に示すように、第１サブ触媒１２へ流入する排気の空燃比が一定の空燃比（例えば、理論空燃比より若干高い空燃比）より低い場合は、排気の空燃比が高くなるほど高くなり、排気の空燃比が前記一定の空燃比を超えると略一定若しくは緩やかに低下する傾向を有している。本実施例では、図４に示すような排気の空燃比と反応率Ｒａｆ１との関係を予め実験的に求めておくとともに、それらの関係をマップ化しておくようにした。

前記反応率Ｒａｆ１を求める際のパラメータとして用いられる排気の空燃比としては、前述したＡ／Ｆｒを用いることができる。

また、前記反応率Ｒｔ１は、図５に示すように、第１サブ触媒１２の床温Ｔｃａｔ１が一定温度以下の場合は床温が高くなるほど多くなり、床温Ｔｃａｔ１が一定温度を超えると略一定となる傾向を有している。依って、本実施例では、図５に示すような床温Ｔｃａｔ１と反応率Ｒｔ１との関係を予め実験的に求めておくとともに、それらの関係をマップ化しておくようにした。

前記反応率Ｒｔ１を求める際のパラメータとして用いられる第１サブ触媒１２の床温Ｔｃａｔ１は、以下の式（３）により求められる。
Ｔｃａｔ１＝（Ｅｈｃ１＋Ｅｅｘ１＋Ｅｃａｔ１）／（Ｃｃａｔ１＋Ｃｅｘ１）・・・（３）

式（３）において、Ｅｈｃ１は第１サブ触媒１２で反応する未燃燃料成分の発熱エネルギ、Ｅｅｘ１は第１サブ触媒１２へ流入する排気が持つ熱エネルギ、Ｅｃａｔ１は第１サブ触媒１２が持つ熱エネルギ、Ｃｃａｔ１は第１サブ触媒１２の熱容量、Ｃｅｘ１は第１サブ触媒１２へ流入する排気の熱容量を各々示している。

第１サブ触媒１２で反応する未燃燃料成分の発熱エネルギＥｈｃは、以下の式（４）により求めることができる。
Ｅｈｃ１＝ΣＦ・（Ｒ１−Ｔｈ１）×Ｊｈｃ・・・（４）

式（４）における反応率Ｒ１としては、本ルーチンの前回実行時に求められた値が用いられる。すり抜け率Ｔｈ１としては、式（２）と同様の値が用いられる。Ｊｈｃは、単位質量当たりの未燃燃料成分（ＨＣ）の発熱エネルギ量である。

第１サブ触媒１２へ流入する排気が持つ熱エネルギＥｅｘ１は、第１サブ触媒１２へ流入する排気の温度と、第１サブ触媒１２へ流入する排気の流量（第１気筒群２の総吸入空気量Ｇａｔ１）と、排気の比熱（定数）とを乗算することにより求めることができる。尚、第１サブ触媒１２へ流入する排気の温度は、第１サブ触媒１２より上流の第１排気枝管８に排気温度センサを取り付けて実測することが好ましい。

第１サブ触媒１２が持つ熱エネルギＥｃａｔ１は、第１サブ触媒１２の床温と第１サブ触媒１２の熱容量Ｃｃａｔ１とを乗算することにより求めることができる。その際、第１
サブ触媒１２の床温は、本ルーチンの前回実行時に算出された床温である。

第１サブ触媒１２へ流入する排気の熱容量Ｃｅｘ１は、第１サブ触媒１２へ流入する排気の流量（第１気筒群２の総吸入空気量Ｇａｔ１）と排気の比熱（定数）とを乗算することにより求めることができる。

このようにして第１サブ触媒１２において酸素（Ｏ_２）や窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）と反応する未燃燃料成分量Ｆｒが求められると、ＥＣＵ１６は、図２のＳ１０５へ進む。Ｓ１０５では、メイン触媒１１へ供給される未燃燃料成分量Ｆｍを演算する。

具体的には、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ１０３で算出された未燃燃料成分量ΣＦから前記Ｓ１０４で算出された未燃燃料成分量Ｆｒを減算することにより、メイン触媒１１へ供給される未燃燃料成分量Ｆｍ（＝ΣＦ−Ｆｒ＝ΣＦ・（１−Ｒ１＋Ｔｈ１））を算出する。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ１０５で算出された未燃燃料成分量（メイン触媒１１へ供給される未燃燃料成分量）Ｆｍに基づいてメイン触媒１１の床温Ｔｃａｔ２を演算する。

具体的には、ＥＣＵ１６は、第１サブ触媒１２の床温Ｔｃａｔ１と同様の方法によりメイン触媒１１の床温Ｔｃａｔ２を演算する。すなわち、ＥＣＵ１６は、以下の式（５）に基づいてメイン触媒１１の床温Ｔｃａｔ２を演算する。
Ｔｃａｔ２＝（Ｅｈｃ２＋Ｅｅｘ２＋Ｅｃａｔ２）／（Ｃｃａｔ２＋Ｃｅｘ２）・・・（５）

上記した式（５）は、前述した式（３）において、Ｅｈｃ１をメイン触媒１１で反応する未燃燃料成分の発熱エネルギＥｈｃ２、Ｅｅｘ１をメイン触媒１１へ流入する排気が持つ熱エネルギＥｅｘ２、Ｅｃａｔ１をメイン触媒１１が持つ熱エネルギＥｃａｔ２、Ｃｃａｔ１をメイン触媒１１の熱容量Ｃｃａｔ２、Ｃｅｘ１をメイン触媒１１へ流入する排気の熱容量Ｃｅｘ２に各々置き換えた式である。

メイン触媒１１で反応する未燃燃料成分の発熱エネルギＥｈｃ２は、以下の式（６）により求めることができる。
Ｅｈｃ２＝Ｆｍ・（Ｒ２−Ｔｈ２）×Ｊｈｃ・・・（６）

式（６）における反応率Ｒ２は、前述した第１サブ触媒１２における反応率Ｒ１と同様に、メイン触媒１１の床温Ｔｃａｔ２（本ルーチンの前回実行時に算出された床温）と、メイン触媒１１へ流入する排気の空燃比（空燃比センサ１５の測定値Ａ／Ｆ）とをパラメータとして求められる。

式（６）におけるすり抜け率Ｔｈ２は、前述した第１サブ触媒１２のすり抜け率Ｔｈ１と同様に、メイン触媒１１へ流入する排気の流量（エアフローメータ７の測定値Ｇａ）をパラメータとして求められる。

メイン触媒１１へ流入する排気が持つ熱エネルギＥｅｘ２は、メイン触媒１１へ流入する排気の温度（排気温度センサ１４の測定値）と、メイン触媒１１へ流入する排気の流量（エアフローメータ７の測定値Ｇａ）と、排気の比熱（定数）を乗算することにより求めることができる。

メイン触媒１１が持つ熱エネルギＥｃａｔ２は、メイン触媒１１の床温（本ルーチンの前回実行時に算出された床温）とメイン触媒１１の熱容量Ｃｃａｔ２とを乗算することに
より求めることができる。

メイン触媒１１へ流入する排気の熱容量Ｃｅｘ２は、メイン触媒１１へ流入する排気の流量（エアフローメータ７の測定値Ｇａ）と排気の比熱（定数）とを乗算することにより求めることができる。

以上述べたようにＥＣＵ１６が図２の温度推定ルーチンを実行することにより、本発明に係る推定手段が実現される。依って、ＥＣＵ１６が図２の温度推定ルーチンに基づいて推定したメイン触媒１１の床温Ｔｃａｔ２は、メイン触媒１１へ供給される未燃燃料成分量が正確に反映された温度となる。その結果、メイン触媒１１の床温が正確に推定されるようになる。

メイン触媒１１の床温が正確に推定されると、メイン触媒１１の床温が温度浄化ウィンドに収まるように空燃比独立制御を行うことが可能となる。その結果、メイン触媒１１の温度が温度浄化ウィンドから外れ、或いはメイン触媒１１が過昇温する等の不具合を払拭することができる。

例えば、ＥＣＵ１６は、推定されたメイン触媒１１の床温が温度浄化ウィンドより低くなった場合には、第１気筒群２の空燃比を低下（リッチ側へ補正）させるとともに第２気筒群３の空燃比を上昇（リーン側へ補正）するようにしてもよい。この場合、第１気筒群２から排出される未燃燃料成分量と第２気筒群３から排出される酸素量が増加する。その結果、メイン触媒１１において未燃燃料成分と酸素（Ｏ_２）が反応する際に発生する熱量が増加し、メイン触媒１１の床温が高められる。

一方、推定されたメイン触媒１１の床温が温度浄化ウィンドより高くなった場合には、ＥＣＵ１６は、第１気筒群２の空燃比を上昇（リーン側へ補正）させるとともに第２気筒群３の空燃比を低下（リッチ側へ補正）するようにしてもよい。この場合、第１気筒群２から排出される未燃燃料成分量と第２気筒群３から排出される酸素量が減少する。その結果、メイン触媒１１において未燃燃料成分と酸素（Ｏ_２）が反応する際に発生する熱量が減少し、メイン触媒１１の床温が低下する。

尚、本実施例では、第１サブ触媒１２及びメイン触媒１１の床温を求める際に、走行風による放熱性の変動や点火時期による排気温度の変動などを考慮していないが、必要に応じてそれらのパラメータを考慮するようにしてもよい。走行風による放熱性は、外気温度や車両の走行速度と相関するため、それらをパラメータとして特定されるようにしてもよい。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。本実施例における温度推定ルーチンを示すフローチャートである。リッチ空燃比で運転される気筒群から排出される未燃燃料成分量ΣＦと機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとの関係を示す図である。第１サブ触媒へ流入する排気の空燃比Ａ／Ｆｒと第１サブ触媒における未燃燃料成分の反応率Ｒａｆ１との関係を示す図である。第１サブ触媒の床温Ｔｃａｔ１と第１サブ触媒における未燃燃料成分の反応率Ｒｔ１との関係を示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・第１気筒群
３・・・・・第２気筒群
４・・・・・気筒
５・・・・・燃料噴射弁
７・・・・・エアフローメータ
８・・・・・第１排気枝管
９・・・・・第２排気枝管
１０・・・・排気管（合流排気管）
１１・・・・メイン触媒（第１触媒）
１２・・・・第１サブ触媒（第２触媒）
１４・・・・排気温度センサ
１５・・・・空燃比センサ
１６・・・・ＥＣＵ（制御手段、推定手段）

Claims

内燃機関の複数の気筒群に各々接続された複数の排気枝管と、
前記複数の排気枝管を合流させた合流排気管と、
前記合流排気管に配置された第１触媒と、
前記複数の気筒群の一部をリッチ空燃比で運転させるとともに残余の気筒群をリーン空燃比で運転させる空燃比独立制御を行う制御手段と、
前記複数の排気枝管のうち、前記空燃比独立制御の実行時にリッチ空燃比で運転させられる気筒群の排気枝管に配置された第２触媒と、
前記空燃比独立制御の実行時に前記第２触媒で反応する未燃燃料成分量に基づいて前記第１触媒の温度を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の触媒温度推定装置。
請求項１において、前記推定手段は、前記空燃比独立制御の実行時にリッチ空燃比で運転される気筒群から排出される未燃燃料成分量を演算し、算出された未燃燃料成分量から前記第２触媒で反応する未燃燃料成分量を減算して前記第１触媒へ流入する未燃燃料成分量を算出し、前記第１触媒へ流入する未燃燃料成分量のうち該第１触媒で反応する未燃燃料成分量を算出し、前記第１触媒で反応する未燃燃料成分量から前記第１触媒の温度を推定することを特徴とする内燃機関の触媒温度推定装置。
請求項１又は２において、前記推定手段は、前記第２触媒へ流入する排気の空燃比、排気流量、及び前記第２触媒の温度に基づいて、前記第２触媒で反応する未燃燃料成分量を特定することを特徴とする内燃機関の触媒温度推定装置。