特許 7396182 エンジン装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-04

(45)【発行日】2023-12-12

(54)【発明の名称】エンジン装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 43/00 20060101AFI20231205BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20231205BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

F02D43/00 301A

F02D41/04

F02D43/00 301T

F01N3/18 D

F02D43/00 301H

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020075279

(22)【出願日】2020-04-21

(65)【公開番号】P2021173176

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2023-03-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】今井 創一

(72)【発明者】

【氏名】中山 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】井戸側 正直

(72)【発明者】

【氏名】安藤 大吾

【審査官】北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２５５４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２３９０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１１７６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－７７６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３２１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１９１６６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｆ０２Ｄ ４１／０４

Ｆ０１Ｎ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料噴射弁および点火プラグを有するエンジンと、
前記エンジンの排気ポートに接続された排気管に取り付けられた触媒と、
前記エンジンを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンの制御として、前記点火プラグによる点火を行なわずに前記燃料噴射弁から燃料噴射を行なう無点火制御を実行しているときには、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の霧化遅れを考慮すると共に霧化した燃料の一部が前記エンジンの気筒内で燃焼するとして前記排気ポートを流れる流体の温度を推定する、
エンジン装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジン装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のエンジン装置としては、エンジンのフューエルカット条件が成立したときに、エンジンの排気ポートに接続された排気管に取り付けられた触媒の温度が閾値よりも高いときには、フューエルカットを遅延すると共に、フューエルカットの遅延期間中の目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１９１６６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

こうしたエンジン装置では、触媒の暖機のためなどに、エンジンについて、点火を行なわずに燃料噴射を行なう無点火制御を実行する場合があるものの、この場合のエンジンの排気ポートを流れる流体（排気）の温度の推定方法が考案されていなかった。

【0005】

本発明のエンジン装置は、無点火制御を実行しているときのエンジンの排気ポートを流れる流体の温度を推定可能にすることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明のエンジン装置は、
燃料噴射弁および点火プラグを有するエンジンと、
前記エンジンの排気ポートに接続された排気管に取り付けられた触媒と、
前記エンジンを制御する制御装置と、
を備えるエンジン装置であって、
前記制御装置は、前記エンジンの制御として、前記点火プラグによる点火を行なわずに前記燃料噴射弁から燃料噴射を行なう無点火制御を実行しているときには、前記燃料噴射弁から噴射された燃料の霧化遅れを考慮すると共に霧化した燃料の一部が前記エンジンの気筒内で燃焼するとして前記排気ポートを流れる流体の温度を推定する、
ことを要旨とする。

【0008】

本発明のエンジン装置では、エンジンの制御として、点火プラグによる点火を行なわずに燃料噴射弁から燃料噴射を行なう無点火制御を実行しているときには、燃料噴射弁から噴射された燃料の霧化遅れを考慮すると共に霧化した燃料の一部がエンジンの筒内で燃焼するとして排気ポートを流れる流体の温度を推定する。このようにして、無点火制御を実行しているときの排気ポートを流れる流体の温度を推定することができる。発明者らは、このことを実験や解析により確認した。

【0009】

本発明のエンジン装置において、前記制御装置は、前記無点火制御を実行しているときには、前記燃料噴射弁から噴射された噴射量に対して時定数を用いたなまし処理を施して、霧化した霧化量を推定し、前記霧化量と前記気筒内で燃焼する反応割合とに基づいて、霧化した燃料の燃焼による発熱量を推定し、前記発熱量を考慮して前記排気ポートを流れる流体の温度を推定するものとしてもよい。こうすれば、排気ポートを流れる流体の温度をより適切に推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。

【図2】電子制御ユニット７０の入出力信号の一例を示す説明図である。

【図3】電子制御ユニット７０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図4】時定数設定用マップの一例を示す説明図である。

【図5】受熱割合設定用マップの一例を示す説明図である。

【図6】電子制御ユニット７０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

【実施例】

【0012】

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、電子制御ユニット７０の入出力信号の一例を示す説明図である。実施例のエンジン装置１０は、一般的な自動車や各種のハイブリッド自動車に搭載され、図１や図２に示すように、エンジン１２と、過給機４０と、制御装置としての電子制御ユニット７０とを備える。

【0013】

エンジン１２は、ガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料を用いて吸気、圧縮、膨張、排気の４行程により動力を出力する複数気筒（例えば、４気筒や６気筒など）の内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、エアクリーナ２２により清浄された空気を吸気管２３に吸入してインタークーラ２５、スロットルバルブ２６、サージタンク２７の順に通過させる。そして、吸気ポート２９を介して燃焼室３０に吸入した空気に燃焼室３０に取り付けられた筒内噴射弁２８から燃料を噴射して空気と燃料とを混合し、点火プラグ３１による電気火花によって爆発燃焼させる。吸気ポート２９は、吸気バルブ２９ａにより開閉される。エンジン１２は、こうした爆発燃焼によるエネルギにより押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１４の回転運動に変換する。燃焼室３０からの排気は、排気ポート３４に接続された排気管３５に排出され、排気管３５に取り付けられた浄化装置３７，３８を介して外気に排出される。排気ポート３４は、排気バルブ３４ａにより開閉される。浄化装置３７，３８は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する触媒（三元触媒）３７ａ，３８ａを有する。以下、排気管３５の浄化装置３７よりも上流側の部分、浄化装置３７，３８の間の部分、浄化装置３８よりも下流側の部分を、それぞれ、「第１排気管部３５ａ」、「第２排気管部３５ｂ」、「第３排気管部３５ｃ」という。

【0014】

過給機４０は、ターボチャージャとして構成されており、タービン４１と、コンプレッサ４２と、ウェイストゲートバルブ４４と、ブローオフバルブ４５とを備える。タービン４１は、排気管３５の浄化装置３７よりも上流側（第１排気管部３５ａ）に配置されている。コンプレッサ４２は、吸気管２３のインタークーラ２５よりも上流側に配置されていると共にタービン４１に連結シャフト４３を介して連結されている。したがって、コンプレッサ４２は、タービン４１により駆動される。ウェイストゲートバルブ４４は、排気管３５のタービン４１よりも上流側と下流側とを連絡するバイパス管３６に設けられており、電子制御ユニット７０により制御される。ブローオフバルブ４５は、吸気管２３のコンプレッサ４２よりも上流側と下流側とを連絡するバイパス管２４に設けられており、電子制御ユニット７０により制御される。

【0015】

この過給機４０では、ウェイストゲートバルブ４４の開度の調節により、バイパス管３６を流通する排気量とタービン４１を流通する排気量との分配比が調節され、タービン４１の回転駆動力が調節され、コンプレッサ４２による圧縮空気量が調節され、エンジン１２の過給圧（吸気圧）が調節される。ここで、分配比は、詳細には、ウェイストゲートバルブ４４の開度が小さいほど、バイパス管３６を流通する排気量が少なくなると共にタービン４１を流通する排気量が多くなるように調節される。なお、ウェイストゲートバルブ４４が全開のときには、エンジン１２は、過給機４０を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作する。

【0016】

また、過給機４０では、吸気管２３のコンプレッサ４２よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりもある程度大きいときに、ブローオフバルブ４５を開弁させることにより、コンプレッサ４２よりも下流側の余剰圧力を解放することができる。なお、ブローオフバルブ４５は、電子制御ユニット７０により制御されるバルブに代えて、吸気管２３のコンプレッサ４２よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりもある程度高くなると開弁する逆止弁として構成されるものとしてもよい。

【0017】

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵに加えて、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、不揮発性のフラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを備える。図２に示すように、電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。

【0018】

電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、エンジン１２のクランクシャフト１４の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を検出する図示しない水温センサからの冷却水温Ｔｗ、スロットルバルブ２６の開度を検出するスロットルポジションセンサ２６ａからのスロットル開度ＴＨを挙げることができる。吸気バルブ２９ａを開閉するインテークカムシャフトや排気バルブ３４ａを開閉するエキゾーストカムシャフトの回転位置を検出する図示しないカムポジションセンサからのカムポジションθｃａも挙げることができる。吸気管２３のコンプレッサ４２よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａや、吸気管２３のコンプレッサ４２よりも上流側に取り付けられた吸気圧センサ２３ｂからの吸気圧Ｐｉｎ、吸気管２３のコンプレッサ４２とインタークーラ２５との間に取り付けられた過給圧センサ２３ｃからの過給圧Ｐｃも挙げることができる。サージタンク２７に取り付けられたサージ圧センサ２７ａからのサージ圧Ｐｓや、サージタンク２７に取り付けられた温度センサ２７ｂからのサージ温度Ｔｓも挙げることができる。排気管３５の浄化装置３７の上流側（第１排気管部３５ａ）に取り付けられた空燃比センサ３９ａからの空燃比ＡＦや、排気管３５の浄化装置３７，３８の間（第２排気管部３５ｂ）に取り付けられた酸素センサ３９ｂからの酸素信号Ｏ２も挙げることができる。大気圧センサ７１からの大気圧Ｐｏｕｔや、外気温センサ７２からの外気温Ｔｏｕｔも挙げることができる。

【0019】

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２６への制御信号や、筒内噴射弁２８への制御信号、点火プラグ３１への制御信号を挙げることができる。ウェイストゲートバルブ４４への制御信号、ブローオフバルブ４５への制御信号も挙げることができる。

【0020】

電子制御ユニット７０は、クランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒに基づいてエンジン１２の回転数Ｎｅを演算している。また、電子制御ユニット７０は、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａとエンジン１２の回転数Ｎｅとに基づいて負荷率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の割合）ＫＬを演算している。

【0021】

こうして構成された実施例のエンジン装置１０では、電子制御ユニット７０は、基本的には、エンジン１２の制御として通常制御を実行する。通常制御では、エンジン１２の要求負荷率ＫＬ＊に基づいて、スロットルバルブ２６の開度を制御する吸入空気量制御や、筒内噴射弁２８からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御、点火プラグ３１の点火時期を制御する点火制御、ウェイストゲートバルブ４４の開度を制御する過給制御などを行なう。なお、上述したように、ウェイストゲートバルブ４４が全開のときには、エンジン１２は、過給機４０を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作する。

【0022】

また、実施例のエンジン装置１０では、電子制御ユニット７０は、燃料カット条件が成立したときに浄化装置３７の触媒３７ａの暖機が要求されているときには、エンジン１２の制御として無点火制御を実行する。無点火制御では、点火制御や過給制御を行なわずに（点火プラグ３１による点火を行なわないと共にウェイストゲートバルブ４４を開弁して）、筒内噴射弁２８から微少量の燃料噴射を行なう。なお、燃料カット条件としては、例えば、エンジン装置１０が搭載される車両においてアクセルオフされた条件などが用いられる。触媒３７ａの暖機は、例えば、エンジン１２の水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満であることにより触媒３７ａが活性化していないと想定されるときに行なわれる。無点火制御を実行しているときには、筒内噴射弁２８から噴射された燃料の少なくとも一部が遅れをもって霧化し、霧化した燃料の一部が圧縮行程の上死点付近で燃焼室３０内で低温酸化反応により燃焼（反応）すると共に、霧化した燃料の残りの少なくとも一部が触媒３７ａで燃焼（反応）する。発明者らは、このことを実験や解析により確認した。なお、実施例では、簡単のために、霧化した燃料のうち一部が燃焼室３０内で燃焼し、残余が触媒３７ａで燃焼するとした。

【0023】

次に、こうして構成されたエンジン装置１０の動作について説明する。特に、エンジン１２の制御として無点火制御を実行しているときの排気ポート３４を流れる流体（排気）の温度Ｔｅｐや浄化装置３７の触媒３７ａの温度Ｔｃａｔなどを推定する処理について説明する。実施例では、各気筒の排気ポート３４から合流する合流部の温度を、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐとして推定するものとした。図３は、電子制御ユニット７０により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、筒内噴射弁２８から燃料噴射を行なっているときに（エンジン１２の制御として通常制御や無点火制御を実行しているときに）、繰り返し実行される。

【0024】

図３の処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、最初に、エンジン１２の制御として無点火制御を実行しているか否かを判定する（ステップＳ１００）。エンジン１２の制御として無点火制御を実行していると判定したときには、エンジン１２の回転数Ｎｅや負荷率ＫＬ、排気ポート３４を流れる流体（排気）の流速Ｖｅｐ、無点火制御を実行しているときの１サイクル（エンジン１２の２回転）の燃料噴射量である無点火総噴射量Ｑｆｃｙｃなどのデータを入力する（ステップＳ１１０）。

【0025】

ここで、回転数Ｎｅについては、クランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒに基づいて演算した値を入力する。負荷率ＫＬについては、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａと回転数Ｎｅとに基づいて演算した値を入力する。排気ポート３４を流れる流体の流速Ｖｅｐについては、エンジン１２の回転数Ｎｅおよび負荷率ＫＬに基づいて演算した値を入力する。無点火総噴射量Ｑｆｃｙｃについては、無点火噴射制御を実行しているときの各気筒の燃料噴射量Ｑｆ（ｉ）の総和として演算した値を入力する。

【0026】

続いて、前回に推定した、浄化装置３７の触媒３７ａに入力される（流入する）触媒入流体の温度（前回Ｔｇｃｉ）に基づいて、無点火制御を実行しているときにおける筒内噴射弁２８から噴射された燃料が霧化するまでの遅れを模擬するための時定数τを推定する（ステップＳ１２０）。そして、１サイクルの無点火総噴射量Ｑｆｃｙｃを時定数τを用いたなまし処理を施して、無点火総噴射量Ｑｆｃｙｃのうち全ての燃焼室３０内で霧化した総霧化量Ｑａｔｍ（各気筒の燃焼室３０内で霧化した霧化量の総和）を推定する（ステップＳ１３０）。実施例では、式（１）に示すように、１サイクルの無点火総噴射量Ｑｆｃｙｃを時定数τで除して総霧化量Ｑａｔｍを推定するものとした。式（１）および以下の各式において、角括弧内は単位を示す。

【0027】

Qatm=Qfcyc/τ (1)

【0028】

ここで、時定数τは、実施例では、前回の触媒入流体の温度（前回Ｔｇｃｉ）を時定数設定用マップに適用して設定される。時定数設定用マップは、前回の触媒入流体の温度（前回Ｔｇｃｉ）と時定数τとの関係として実験や解析により予め定められ、図示しないＲＯＭやフラッシュメモリに記憶されている。図４は、時定数設定用マップの一例を示す説明図である。図示するように、時定数τは、値１よりも大きい範囲内で、前回の触媒入流体の温度（前回Ｔｇｃｉ）が高いほど小さくなるように設定される。これは、前回の触媒入流体の温度（前回Ｔｇｃｉ）が高いほど、燃焼室３０内の温度も高く、筒内噴射弁２８から噴射された燃料が短時間で霧化しやすいためである。

【0029】

こうして燃焼室３０内で霧化した総霧化量Ｑａｔｍを推定すると、式（２）に示すように、総霧化量Ｑａｔｍと反応割合Ｒｃｙｌとの積として、総燃焼量Ｑｃｙｌｃｍｂを推定する（ステップＳ１６０）。ここで、反応割合Ｒｃｙｌおよび総燃焼量Ｑｃｙｌｃｍｂは、それぞれ、霧化した燃料（総霧化量Ｑａｔｍ）のうち全ての燃焼室３０内で低温酸化反応により燃焼した反応割合および総燃焼量（各気筒の燃焼室３０内で燃焼した燃焼量の総和）である。反応割合Ｒｃｙｌは、実施例では、実験や解析により予め定められた値が用いられる。

【0030】

Qcylcmb=Qatm・Rcyl (2)

【0031】

続いて、式（３）に示すように、推定した総燃焼量Ｑｃｙｌｃｍｂに燃焼発熱量ΔＱｃｙｌｃａｌを乗じて排気ポート３４を流れる流体の比熱κｇで除して、温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌを推定する（ステップＳ１７０）。ここで、燃焼発熱量ΔＱｃｙｌｃａｌおよび温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌは、それぞれ、霧化した燃料の一部が圧縮行程の上死点付近で燃焼室３０内で低温酸化反応により燃焼（反応）したときの単位質量当たりの発熱量および総発熱量（各気筒の燃焼室３０内での燃焼の発熱量の総和）である。燃焼発熱量ΔＱｃｙｌｃａｌは、実験や解析により予め定められた定数が用いられるものとしてもよいし、点火プラグ３１による点火時期などに基づいて定められるものとしてもよい。排気ポート３４を流れる流体の比熱κｇは、実験や解析により予め定められた定数が用いられるものとしてもよいし、図示しないアルコール濃度センサにより検出された燃料のアルコール濃度などに基づいて定められるものとしてもよい。

【0032】

ΔTcylcal=Qcylcmb・ΔQcylcal/κg (3)

【0033】

次に、エンジン１２の回転数Ｎｅおよび負荷率ＫＬに基づいて、燃焼室３０内での低温酸化反応による燃焼を考慮しないときの排気ポート３４を流れる流体の温度（以下、「基本温度」という）Ｔｅｐｂｓを推定する（ステップＳ１８０）。続いて、排気ポート３４を流れる流体の流速Ｖｅｐに基づいて、ステップＳ１７０で推定した温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌに対する排気ポート３４を流れる流体の受熱割合Ｒｈｒを設定する（ステップＳ１９０）。

【0034】

ここで、受熱割合Ｒｈｒは、実施例では、排気ポート３４を流れる流体の流速Ｖｅｐを受熱割合設定用マップに適用して設定される。受熱割合設定用マップは、排気ポート３４を流れる流体の流速Ｖｅｐと受熱割合Ｒｈｒとの関係として実験や解析により予め定められ、図示しないＲＯＭやフラッシュメモリに記憶されている。図５は、受熱割合設定用マップの一例を示す説明図である。図示するように、受熱割合Ｒｈｒは、値０よりも大きく且つ値１よりも小さい範囲内で、排気ポート３４を流れる流体の流速Ｖｅｐが大きいほど小さくなるように設定される。これは、排気ポート３４を流れる流体の流速Ｖｅｐが大きいほど、燃焼室３０内で低温酸化反応により燃焼して生じた熱が、排気ポート３４を流れる流体に伝達されにくいためである。

【0035】

こうして受熱割合Ｒｈｒを設定すると、式（４）に示すように、排気ポート３４を流れる流体の基本温度Ｔｅｐｂｓと、ステップＳ１７０で推定した温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌに受熱割合Ｑｈｒを乗じた値（受熱量）との和として、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐを推定する（ステップＳ２００）。

【0036】

Tep=Tepbs＋ΔTcylcal・Rhr (4)

【0037】

実施例では、無点火制御を実行しているときにおいて、筒内噴射弁２８から噴射された燃料の少なくとも一部が遅れをもって霧化すると共に霧化した燃料の一部が燃焼室３０内で低温酸化反応により燃焼することを考慮して、具体的には、ステップＳ１７０で推定した温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌを考慮して、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐを推定する。これにより、温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌを考慮することなく排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐを推定するものに比して、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐをより適切に推定することができる。

【0038】

ステップＳ２００で排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐを推定すると、推定した排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐに基づいて触媒入流体の温度Ｔｇｃｉを推定する（ステップＳ２１０）。実施例では、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐに加えて、第１排気管部３５ａを流れる流体（排気）と第１排気管部３５ａとの熱伝達量Ｈｇｅを考慮して、触媒入流体の温度Ｔｇｃｉを推定するものとした。なお、この熱伝達量Ｈｇｅは、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐ（第１排気管部３５ａを流れる流体の温度）と第１排気管部３５ａの温度Ｔｅｘとの温度差が大きいほど大きくなる。

【0039】

こうして触媒入流体の温度Ｔｇｃｉを推定すると、式（５）に示すように、ステップＳ１３０で推定した総霧化量Ｑａｔｍと値１から上述の反応割合Ｒｃｙｌを減じた値（１－Ｒｃｙｌ）との積として、総燃焼量（燃料量）Ｑｃａｔｃｍｂを推定する（ステップＳ２２０）。ここで、総燃焼量Ｑｃａｔｃｍｂは、霧化した燃料（総霧化量Ｑａｔｍ）のうち触媒３７ａで燃焼した総燃焼量である。

【0040】

Qcatcmb=Qatm・(1－Rcyl) (5)

【0041】

続いて、式（６）に示すように、推定した総燃焼量Ｑｃａｔｃｍｂと燃焼発熱量ΔＱｃａｔｃａｌとの積として、総発熱量Ｑｃａｔｃａｌを推定する（ステップＳ２３０）。ここで、燃焼発熱量ΔＱｃａｔｃａｌおよび総発熱量Ｑｃａｌｃａｌは、それぞれ、霧化した燃料の一部が触媒３７ａで燃焼（反応）したときの単位質量当たりの発熱量および総発熱量である。燃焼発熱量ΔＱｃａｔｃａｌは、実験や解析により予め定められた定数が用いられるものとしてもよいし、点火プラグ３１による点火時期などに基づいて定められるものとしてもよい。

【0042】

Qcatcal=Qcatcmb・ΔQcatcal (6)

【0043】

続いて、式（７）に示すように、ステップＳ２１０で推定した触媒入流体の温度Ｔｇｃｉに触媒入流体の熱容量Ｃｇを乗じた値と、ステップＳ２３０で推定した総発熱量Ｑｃａｔｃａｌとの和として、触媒３７ａに入力された（流入した）触媒入流体の熱量Ｑｇｃａｔを推定し（ステップＳ２４０）、前回に推定した触媒３７ａの温度（前回Ｔｃａｔ）と触媒入流体の熱量Ｑｇｃａｔとに基づいて触媒３７ａの温度Ｔｃａｔを推定して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。ここで、触媒入流体の熱容量Ｃｇは、例えば、実験や解析により予め設定される。

【0044】

Qgcat=Tgci・Cg＋Qgcatcal (7)

【0045】

触媒３７ａの温度Ｔｃａｔは、例えば、前回に推定した触媒３７ａの温度（前回Ｔｃａｔ）に換算係数を乗じて得られる熱量Ｑｃａｔや、触媒入流体の熱量Ｑｇｃａｔ、触媒３７ａと触媒入流体との間の熱交換量Ｈｇｃｉ、触媒３７ａと触媒３７ａから出力される触媒出流体との間の熱交換量Ｈｇｃｏ、流体および触媒３７ａの総熱容量Ｃｇｃを考慮して推定することができる。ここで、熱交換量Ｈｇｃｉ，Ｈｇｃｏは、前回に推定した触媒３７ａの温度（前回Ｔｃａｔ）（熱量Ｑｃａｔ）と、触媒入流体の熱量Ｑｇｃａｔとに基づく。

【0046】

実施例では、上述したように、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐをより適切に推定することができるから、この排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐに基づいて、触媒入流体の温度Ｔｇｃｉや触媒３７ａの温度Ｔｃａｔもより適切に推定することができる。こうして触媒３７ａの温度Ｔｃａｔを推定すると、触媒入流体の温度Ｔｇｃｉや触媒３７ａの温度Ｔｃａｔに基づく触媒３７ａから出力される（触媒３７ａを通過した）触媒出流体の温度Ｔｇｃｏに加えて、第２排気管部３５ｂを流れる流体（排気）と第２排気管部３５ｂとの熱伝達量Ｈｇｅ２を考慮して、触媒３８ａに入力される（流入する）第２触媒入流体の温度Ｔｇｃｉ２を推定し、第２触媒入流体の温度Ｔｇｃｉ２に基づいて触媒３８ａの温度Ｔｃａｔ２を推定する。なお、この熱伝達量Ｈｇｅ２は、触媒出流体の温度Ｔｇｃｏ（第２排気管部３５ｂを流れる流体の温度）と第２排気管部３５ｂの温度Ｔｅｘ２との温度差が大きいほど大きくなる。

【0047】

ステップＳ１００でエンジン１２の制御として無点火制御を実行していないと判定したとき、即ち、エンジン１２の制御として通常制御を実行していると判定したときには、エンジン１２の回転数Ｎｅや負荷率ＫＬ、排気ポート３４を流れる流体（排気）の流速Ｖｅｐなどのデータを入力する（ステップＳ１４０）。続いて、無点火制御に基づく総霧化量Ｑａｔｍに値０を設定し（ステップＳ１５０）、ステップＳ１６０以降の処理を実行する。この場合、総霧化量Ｑａｔｍが値０であるために、ステップＳ１６０で総燃焼量Ｑｃｙｌｃｍｂが値０となり、ステップＳ１７０で温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌが値０となる。そして、ステップＳ２００で、式（４）の右辺第２項が値０となり、排気ポート３４を流れる流体の基本温度Ｔｅｐｂｓを温度Ｔｅｐとして推定する。

【0048】

以上説明した実施例のエンジン装置１０では、無点火制御を実行しているときにおいて、筒内噴射弁２８から噴射された燃料の少なくとも一部が遅れをもって霧化すると共に霧化した燃料の一部が燃焼室３０内で低温酸化反応により燃焼することを考慮して、具体的には、ステップＳ１７０で推定した温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌを考慮して、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐを推定する。これにより、温度上昇量ΔＴｃｙｌｃａｌを考慮することなく排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐを推定するものに比して、排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐをより適切に推定することができる。

【0049】

実施例のエンジン装置１０では、エンジン１２の制御として無点火制御を実行しているときの排気ポート３４を流れる流体（排気）の温度Ｔｅｐや浄化装置３７の触媒３７ａの温度Ｔｃａｔなどを推定する処理について説明した。これに対して、エンジン１２が停止しているときには、電子制御ユニット７０は、図６の処理ルーチンにより、触媒３７ａの温度Ｔｃａｔを推定する。このルーチンは、エンジン１２が停止しているときに、繰り返し実行される。

【0050】

図６の処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０は、最初に、第１排気管部３５ａの温度Ｔｅｘを入力する（ステップＳ３００）。ここで、第１排気管部３５ａの温度Ｔｅｘについては、エンジン１２を停止する直前（エンジン１２の制御として通常制御や無点火制御を実行していたとき）の排気ポート３４を流れる流体の温度Ｔｅｐ（第１排気管部３５ａを流れる流体の温度）や、外気温Ｔｏｕｔに基づいて推定した値を入力する。

【0051】

続いて、式（８）に示すように、第１排気管部３５ａの温度Ｔｅｘと前回に推定した触媒３７ａの温度（前回Ｔｃａｔ）と対流温度差係数ｋｄｔとを用いて、触媒入流体の温度Ｔｇｃｉを推定して（ステップＳ３１０）、本ルーチンを終了する。ここで、対流温度差係数ｋｄｔは、エンジン１２の停止中に第１排気管部３５ａ内で流体の対流が生じることを考慮して、実験や解析などにより予め定められた値が用いられる。

【0052】

Tgci=Tex＋(前回Tcat－Tex)・kdt (8)

【0053】

こうして触媒入流体の温度Ｔｇｃｉを推定すると、前回に推定した触媒３７ａの温度（前回Ｔｃａｔ）に換算係数を乗じて得られる熱量Ｑｃａｔや、触媒３７ａと触媒入流体との間の熱交換量Ｈｇｃｉ、触媒３７ａと触媒出流体との間の熱交換量Ｈｇｃｏ、触媒３７ａの総熱容量Ｃｇを考慮して、触媒３７ａの温度Ｔｃａｔを推定する。ここで、熱交換量Ｈｇｃｉ，Ｈｇｃｏは、前回に推定した触媒３７ａの温度（前回Ｔｃａｔ）と、触媒入流体の温度Ｔｇｃｉとに基づく。

【0054】

発明者らは、実験や解析などにより、エンジン１２の停止中には、触媒入流体の温度Ｔｇｃｉが熱容量の大きい第１排気管部３５ａの温度Ｔｅｘに徐々に近づくことや、第１排気管部３５ａの温度Ｔｅｘよりも触媒３７ａの温度が高いときに第１排気管部３５ａ内で流体の自然対流が生じることなどを見出した。したがって、式（９）～式（１１）によって触媒３７ａの温度Ｔｃａｔを推定することにより、触媒３７ａの温度Ｔｃａｔをより適切に推定することができる。なお、浄化装置３８の温度Ｔｃａｔ２についても、第２排気管部３５ｂの温度Ｔｅｘ２や、第２排気管部３５ｂの温度よりも触媒３８ａの温度が高いときの第２排気管部３５ｂ内での流体の自然対流などを考慮して、同様に推定することができる。

【0055】

実施例のエンジン装置１０では、過給機４０は、排気管３５に配置されたタービン４１と吸気管２３に配置されたコンプレッサ４２とが連結シャフト４３を介して連結されたターボチャージャとして構成されるものとした。しかし、エンジン１２やモータにより駆動されるコンプレッサが吸気管２３に配置されたスーパーチャージャとして構成されるものとしてもよい。また、過給機４０を備えないものとしてもよい。

【0056】

実施例では、エンジン装置１０は、一般的な自動車や各種のハイブリッド自動車に搭載されるものとした。しかし、自動車以外の車両に搭載されるものとしてもよいし、建設設備などの移動しない設備に搭載されるものとしてもよい。

【0057】

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、触媒３７ａが「触媒」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当する。

【0058】

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

【0059】

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【産業上の利用可能性】

【0060】

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

【符号の説明】

【0061】

１０ エンジン装置、１２ エンジン、１４ クランクシャフト、１４ａ クランクポジションセンサ、２２ エアクリーナ、２３ 吸気管、２３ａ エアフローメータ、２３ｂ 吸気圧センサ、２３ｃ 過給圧センサ、２４ バイパス管、２５ インタークーラ、２６ スロットルバルブ、２６ａ スロットルポジションセンサ、２７ サージタンク、２７ａ サージ圧センサ、２７ｂ 温度センサ、２８ 筒内噴射弁、２９ 吸気ポート、２９ａ 吸気バルブ、３０ 燃焼室、３１ 点火プラグ、３２ ピストン、３４ 排気ポート、３４ａ 排気バルブ、３５ 排気管、３５ａ 第１排気管部、３５ｂ 第２排気管部、３５ｃ 第３排気管部、３６ バイパス管、３７，３８ 浄化装置、３７ａ，３８ａ 触媒、３９ａ 空燃比センサ、３９ｂ 酸素センサ、４０ 過給機、４１ タービン、４２ コンプレッサ、４３ 連結シャフト、４４ ウェイストゲートバルブ、４５ ブローオフバルブ、７０ 電子制御ユニット、７１ 大気圧センサ、７２ 外気温センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】