JP2006322427A - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

過給機付き内燃機関の制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 排気ガスが過給機タービンをバイパスするようにして触媒暖機を図る過給機付き内燃機関の制御装置であって、エミッションの悪化を抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることができる過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 過給機タービンを経由し更に触媒を経て外気へ開放される主排気通路と、過給機タービンをバイパスすべく主排気通路のタービン上流側から分岐しタービン下流側の触媒に至るまでの間で主排気通路に合流する排気バイパス通路と、排気バイパス通路に設けられた排気バイパス弁と、を具備する過給機付き内燃機関の制御装置であって、内燃機関の本体の暖機及び触媒の暖機が完了するまでの間、機関暖機状態と触媒暖気状態の少なくとも一方に応じて点火時期を制御し、更に該点火時期の制御に基づいて排気バイパス弁の開度を制御することを特徴とする、過給機付き内燃機関の制御装置が提供される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
過給機付き内燃機関では、一般に排気通路の触媒よりも上流側に過給機のタービンが配設されるため、内燃機関の排気ポートから触媒に至るまでの排気通路長が自然吸気式の内燃機関に比べて長くなる。そして、このような排気通路長の増加並びに過給機の存在により排気系の熱容量が増加し且つ熱放射面積が増加する。このため、過給機付き内燃機関では、内燃機関からの排気ガスの温度が触媒に至るまでの間に低下してしまい、特に、内燃機関の冷間始動後において触媒の暖機（すなわち、触媒が活性温度に上昇するまで）に時間を要し、排気エミッションの悪化を招く恐れがある。
そして、このような問題に対処する方法としては、過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路と、同排気バイパス通路を開閉する排気バイパス弁とを設けておき、触媒を暖機すべき時には、排気ガスが過給機タービンをバイパスするようにして高温の排気ガスを触媒へ供給するようにする方法が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１０７７２２号公報 特開２００１−２２７３９５号公報
ところが、上記のように排気ガスが過給機タービンをバイパスするようにすると、触媒に至るまでの排気ガスの滞留時間が短縮されるため、排気ガスの後燃え（より詳細には、排気ガス中に含まれている炭化水素の排気通路内での燃焼）が充分に行えず、触媒に至る排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量が多くなり、結果としてエミッションが悪化してしまう場合がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、排気ガスが過給機タービンをバイパスするようにして触媒暖機を図る過給機付き内燃機関の制御装置であって、エミッションの悪化を抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることができる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することである。
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気ポートから過給機のタービンを経由し更に触媒を経て外気へ開放される主排気通路と、上記過給機のタービンをバイパスすべく上記主排気通路のタービン上流側から分岐しタービン下流側の触媒に至るまでの間で主排気通路に合流する排気バイパス通路と、上記排気バイパス通路に設けられた排気バイパス弁と、を具備する過給機付き内燃機関の制御装置であって、上記内燃機関の本体の暖機及び上記触媒の暖機が完了するまでの間、機関暖機状態と触媒暖気状態の少なくとも一方に応じて点火時期を制御し、更に該点火時期の制御に基づいて上記排気バイパス弁の開度を制御することを特徴とする、過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。
また、請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、上記触媒を暖機すべく上記排気バイパス弁を開くのは、内燃機関の点火時期が予め定めた点火時期以上に遅角された場合であるようにされる。
上記排気バイパス弁を開くと、高温の排気ガスが上記触媒に供給されて触媒の温度上昇が促進されるのであるが、その一方で触媒に至るまでの排気ガスの滞留時間が短縮されるため、排気ガスの後燃えが充分に行えず、上記触媒に至る排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量が多くなって、結果としてエミッションが悪化してしまう場合がある。一方、点火時期を遅角していくと排気ガスの温度が上昇して上記後燃えが促進されるようになるため、上記触媒に至る排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量の上記排気バイパス弁の開閉状態による差は点火時期を遅角していくと次第に小さくなり、点火時期がある点火時期以上に遅角された場合には上記炭化水素（ＨＣ）の量が上記排気バイパス弁の開閉状態に影響されなくなる。ところが、一般に内燃機関の点火時期を遅角して行くと燃焼が不安定になってしまう。そして内燃機関の本体が未暖機の状態であると点火時期の遅角によって失火が発生しやすく燃焼が悪化しやすい。
以上のようなことから、請求項１及び２に記載の発明のようにすれば、燃焼の悪化が生じるのを抑制しながら、エミッションの悪化を抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることが可能となる。そして特に、請求項２に記載の発明において、上記予め定めた点火時期が上記炭化水素（ＨＣ）の量が上記排気バイパス弁の開閉状態に影響されなくなる点火時期以上に遅角側に設定された場合には、上記のようなエミッションの悪化を確実に抑制することができる。つまり、この場合には、上記排気バイパス弁を開いて触媒に至るまでの排気ガスの滞留時間が短縮されても、排気ガスの後燃えが充分に行われ、上記触媒に至る排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量が多くならず、その結果、上記のようなエミッションの悪化は生じなくなる。
請求項３に記載の発明は、内燃機関の排気ポートから過給機のタービンを経由し更に触媒を経て外気へ開放される主排気通路と、上記過給機のタービンをバイパスすべく上記主排気通路のタービン上流側から分岐しタービン下流側の触媒に至るまでの間で主排気通路に合流する排気バイパス通路と、開閉することにより上記排気バイパス通路を開閉する排気バイパス弁と、を具備する過給機付き内燃機関の制御装置であって、上記内燃機関の始動後、上記触媒を暖機すべく上記排気バイパス弁を開くのは、内燃機関の点火時期が予め定めた点火時期以上に遅角された場合であるようにすることを特徴とする、過給機付き内燃機関の制御装置を提供する。
上述したように、上記排気バイパス弁を開くと、高温の排気ガスが上記触媒に供給されて触媒の温度上昇が促進されるのであるが、その一方で触媒に至る排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量が多くなって、結果としてエミッションが悪化してしまう場合がある。一方、点火時期を遅角していくと上記触媒に至る排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量の上記排気バイパス弁の開閉状態による差は次第に小さくなり、点火時期がある点火時期以上に遅角された場合には上記炭化水素（ＨＣ）の量が上記排気バイパス弁の開閉状態に影響されなくなる。
このようなことから、請求項３に記載の発明のようにすれば、上記予め定めた点火時期を適切に設定することで、エミッションの悪化を抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることができる。そして特に、上記予め定めた点火時期を上記炭化水素（ＨＣ）の量が上記排気バイパス弁の開閉状態に影響されなくなる点火時期以上に遅角側に設定した場合には、上記のようなエミッションの悪化を確実に抑制することができる。つまり、この場合には、上記排気バイパス弁を開いて触媒に至るまでの排気ガスの滞留時間が短縮されても、排気ガスの後燃えが充分に行われ、上記触媒に至る排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量が多くならず、その結果、上記のようなエミッションの悪化は生じなくなる。
請求項４に記載の発明では請求項２または３に記載の発明において、上記内燃機関の始動後、該内燃機関の本体が予め定めた機関暖機状態になるまでは、上記点火時期を上記予め定めた点火時期よりも進角した時期にしておくようになっている。
請求項５に記載の発明では請求項２から４の何れか一項に記載の発明において、上記内燃機関の始動後、該内燃機関の本体が予め定めた機関暖機状態になった後に、上記点火時期を上記予め定めた点火時期以上に遅角すると共に、上記排気バイパス弁を開くようになっている。
上述したように、一般に内燃機関の点火時期を遅角して行くと燃焼が不安定になる。また内燃機関の本体が未暖機の状態であると点火時期の遅角によって失火が発生しやすく燃焼が悪化しやすい。このようなことから、請求項４及び５に記載の発明のようにすれば、上記予め定めた機関暖機状態を適切に設定することで、燃焼の悪化が生じるのを確実に抑制しながら、エミッションの悪化を抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることができる。
請求項６に記載の発明では請求項１、２、４及び５の何れか一項に記載の発明において、上記内燃機関本体の機関暖機状態を吸気圧に基づいて判定するようになっている。
内燃機関本体の温度が上昇すると排気ガスの温度が上昇し、排気ガス温度が上昇すると過給機のタービンの回転数が上昇する。そして、過給機のタービンの回転数が上昇すると吸気圧が上昇する。このようなことから、請求項６に記載の発明のように吸気圧を用いることで上記内燃機関本体の機関暖機状態を容易且つ正確に判定することができる。
請求項７に記載の発明では請求項１から６の何れか一項に記載の発明において、上記触媒を暖機すべく開かれた排気バイパス弁は、吸気圧が予め定めた吸気圧以下とされてから閉じられるようになっている。
上記排気バイパス弁が閉じられると、上記過給機のタービンへ供給される排気ガス量が増加されるのでタービン回転数が上昇する。このため、上記排気バイパス弁が閉じられた時に吸気圧が急上昇してトルクショックが生じてしまう場合がある。一方、吸気圧を充分に低くしておくと上記タービン回転数が上昇しても吸気圧に殆ど影響せず、その結果トルクにも殆ど影響しなくなる。
このようなことから、請求項７に記載の発明のようにすれば、上記予め定めた吸気圧を適切に設定することで、上記排気バイパス弁が閉じられることによりトルクショックが生じるのを抑制することができる。
各請求項に記載の発明によれば、過給機付き内燃機関において、排気ガスが過給機タービンをバイパスするようにして触媒暖機を図る場合に、エミッションの悪化を抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることを可能にするという共通の効果を奏する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の過給機付き内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の全体構成を示す説明図である。なお、図示した内燃機関は、直噴タイプ（燃焼室に燃料を直接噴射するタイプ）のガソリンエンジンであるが、本発明は、例えば、ポート噴射タイプ（吸気ポートに燃料を噴射するタイプ）のガソリンエンジン等のその他の内燃機関にも適用可能である。
図１において、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、６ｂは点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。シリンダブロック２には内燃機関を冷却するための冷却水の温度を検出する冷却水温センサ５０が取り付けられている。
吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結される。サージタンク１２は吸気管１３を介して過給機（排気ターボチャージャ）１４のコンプレッサ１５に連結される。サージタンク１２には内燃機関の吸気圧を検出するための吸気圧センサ５１が取り付けられている。また、上記コンプレッサ１５の上流側の吸気管１３には燃焼室５に吸入される空気量（吸入空気量）を検出するためのエアフローメータ５２が設けられている。
吸気管１３内には、ステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置される。さらに、吸気管１３周りには、吸気管１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示した内燃機関では、冷却装置１８内に機関冷却水が導かれ、この機関冷却水により吸入空気が冷却される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９および排気管２０を介して過給機１４のタービン２１に連結される。タービン２１の出口は排気管２０を介して上流の三元触媒２３及び下流の三元触媒２４（以下、それぞれ単に「上流触媒２３」、「下流触媒２４」と言う）へと連結される。排気管２０の上記タービン２１の上流側には、空燃比を検出するための酸素濃度センサ（もしくは空燃比センサ）５３が設けられている。
また、図１に示されているように排気管２０の上記タービン２１の上流側からはバイパス管２５が分岐されており、同バイパス管２５は上記タービン２１の下流側の上流触媒２３に至るまでの間で排気管２０に合流している。つまり、バイパス管２５は排気ガスが上記タービン２１をバイパスできるように設けられている。バイパス管２５には過給圧コントロールバルブとしての機能を有する排気バイパス弁２６が設けられており、それを開閉することによりバイパス管２５を通る排気ガスを制御できるようになっている。
なお、以上の説明から明らかなように、本実施形態における内燃機関の排気系は、排気ポート１０から過給機１４のタービン２１を経由し更に触媒（上流及び下流触媒２３、２４）を経て外気へ開放される主排気通路と、上記過給機１４のタービン２１をバイパスすべく上記主排気通路のタービン上流側から分岐しタービン下流側の上流触媒２３に至るまでの間で主排気通路に合流する排気バイパス通路と、開閉することにより上記排気バイパス通路を開閉する排気バイパス弁２６とを具備して構成されている。
一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるデリバリパイプ２７に連結される。デリバリパイプ２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給される。デリバリパイプ２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。デリバリパイプ２７にはデリバリパイプ２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取り付けられる。燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてデリバリパイプ２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９、冷却水温センサ５０、吸気圧センサ５１、エアフローメータ５２及び酸素濃度センサ（もしくは空燃比センサ）５３の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続される。負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、点火栓６ｂ、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、排気バイパス弁２６、および燃料ポンプ２８に接続される。
ところで、過給機付き内燃機関では一般に、図１に示したように触媒よりも上流側に過給機のタービンが配設されるため、内燃機関の排気ポートから触媒に至るまでの排気通路長が自然吸気式の内燃機関に比べて長くなる。そして、このような排気通路長の増加並びに過給機の存在により排気系の熱容量が増加し且つ熱放射面積が増加する。このため、過給機付き内燃機関では、内燃機関からの排気ガスの温度が触媒に至るまでの間に低下してしまい、特に、内燃機関の冷間始動後において触媒の暖機（すなわち、触媒が活性温度に上昇するまで）に時間を要し、排気エミッションの悪化を招く恐れがある。
そしてこのような問題に対応すべく、図１に示したような構成を有する場合、すなわち、過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路と、同排気バイパス通路を開閉する排気バイパス弁とが設けられている場合には、触媒を暖機すべき時に排気ガスが過給機のタービンをバイパスするようにして高温の排気ガスを触媒へ供給し、触媒の早期暖機を図るようにする場合がある。
ところが、このように排気ガスが過給機のタービンをバイパスするようにすると、触媒に至るまでの排気ガスの滞留時間が短縮されるため、排気ガスの後燃え（より詳細には、排気ガス中に含まれている炭化水素の排気通路内での燃焼）が充分に行えず、触媒に至る排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量が多くなり、結果としてエミッションが悪化してしまう場合がある。
そこで本実施形態では、このような点に鑑みて、機関の始動後、触媒を暖機するために以下で説明するような制御を行い、エミッションの悪化を抑制しつつ触媒の早期暖機を図るようにしている。この制御はすなわち、内燃機関の点火時期Ｔｆ、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量（より詳細には、触媒に到達する時点における排気ガス中のＨＣ量）Ｑｈｃ及び上記排気バイパス弁２６の開閉状態の間に図２に示されるような関係があることを利用したものである。
図２は、横軸に上記点火時期Ｔｆ、縦軸に上記ＨＣ量Ｑｈｃをとってこれらの関係を表したものであり、図中の曲線Ｏｐは上記排気バイパス弁２６が開いている場合を表し、曲線Ｃｓは上記排気バイパス弁２６が閉じている場合を表している。この図を参照すると、点火時期Ｔｆを遅角していくと上記ＨＣ量Ｑｈｃの上記排気バイパス弁２６の開閉状態による差が次第に小さくなっていくことがわかる。そして、特に点火時期Ｔｆが点火時期Ｔｆｋ以上に遅角された場合には上記ＨＣ量Ｑｈｃが上記排気バイパス弁２６の開閉状態に影響されなくなっている。
このようになるのは、点火時期Ｔｆを遅角していくと排気ガスの温度が上昇して上記後燃えが促進されるようになるためである。特に点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角された場合には、上記排気バイパス弁２６を開いて触媒に至るまでの排気ガスの滞留時間が短縮されても、排気ガスの後燃えが充分に行われ、上記ＨＣ量Ｑｈｃが上記排気バイパス弁２６が閉じられている場合に比べて多くならない。
この結果、点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角側にある場合には、上記排気バイパス弁２６を開いても、上記ＨＣ量Ｑｈｃが多くならず、したがって上記のようなエミッションの悪化は生じなくなる。
このようなことから、点火時期Ｔｆを上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角することが出来れば、点火時期Ｔｆを上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角してから上記排気バイパス弁２６を開くようにすることで、上記エミッションの悪化を確実に抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることができるのである。
次に本実施形態において実施される暖機制御について具体的に説明する。図３は、本実施形態において実施される暖機制御全体の制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは機関の始動と共にスタートされる。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１００において内燃機関が冷間状態からの始動後（すなわち、冷間始動後）のアイドリング状態にあるか否かが判定される。より具体的には、本実施形態ではこの判定のために、機関冷却水温度Ｔｗが予め定めた基準冷却水温度Ｔｃ以下であるか否かと、アクセルペダル４０の踏込量Ｌが予め定めた基準踏込量Ｌｃ以下であるか否かが判定されるようになっている。すなわち、機関冷却水温度Ｔｗが予め定めた基準冷却水温度Ｔｃ以下であり、且つ、アクセルペダル４０の踏込量Ｌが予め定めた基準踏込量Ｌｃ以下であると判定された場合に内燃機関が冷間始動後のアイドリング状態にあると判定される。
ステップ１００において、内燃機関が冷間始動後のアイドリング状態にないと判定された場合には本制御ルーチンは終了する。一方、ステップ１００において内燃機関が冷間始動後のアイドリング状態にあると判定された場合には、ステップ２００に進む。ステップ２００では機関本体を暖機するための処理（機関本体暖機処理）が実施される。これは、後に（具体的には後続するステップ３００において）点火時期の大幅な遅角を行う必要があるためにその準備として行われるものである。
すなわち、上述したように点火時期Ｔｆを上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角してから上記排気バイパス弁２６を開くようにすれば、上記ＨＣ量Ｑｈｃが増加せず、上記エミッションの悪化を確実に抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることができる。ところが、一般に内燃機関の点火時期を遅角して行くと燃焼が不安定になり、また機関本体が未暖機の状態であると点火時期の遅角によって失火が発生しやすく燃焼が悪化しやすい。そして、点火時期Ｔｆを上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角することは、通常は相当大幅な点火時期の遅角となるため、機関本体が未暖機の状態で行おうとすると失火が発生し燃焼が悪化してしまう。
そこで、本実施形態ではまずステップ２００の処理を行い機関本体の暖機を行うようにしている。なお、ここで行われる機関本体の暖機は、より詳細には、本実施形態のような直噴タイプのエンジンではピストン４の頂面の温度を上昇させることを目的としており、また、ポート噴射タイプのエンジンでは吸気ポート及び吸気弁の温度を上昇させることを目的としている。したがって、例えば直噴タイプのエンジンではピストン４の頂面の温度が所定温度以上に上昇した時、また、ポート噴射タイプのエンジンでは吸気ポート及び吸気弁の温度が所定温度以上に上昇した時に上記機関本体の暖機がなされたとして上記機関本体暖機処理が終了される。
図４は、ステップ２００で実施される機関本体暖機処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１において点火時期Ｔｆの制御が実施される。ここで実施される点火時期制御は、点火時期Ｔｆを予め定めた目標点火時期Ｔｆｈに向けて遅角するというものである。この目標点火時期Ｔｆｈは、機関本体が未暖機の状態であっても燃焼の悪化が生じない程度に遅角した点火時期であり、好ましくは失火の生じない範囲で限界まで遅角した場合の点火時期とされる。このような点火時期が予め実験などによって求められ、ここでの目標点火時期Ｔｆｈとして用いられる。この目標点火時期Ｔｆｈは、通常、上記点火時期Ｔｆｋよりも進角側にある（図２参照）。
ステップ２０１で上記点火時期遅角制御が開始されるとステップ２０３に進む。ステップ２０３では、排気バイパス弁２６が閉状態にされる。本実施形態では機関の始動時には上記排気バイパス弁２６は閉じられているので、より詳細にはここでは排気バイパス弁２６が閉状態に維持される。このようにするのは、上述したように点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋよりも進角側にある場合には排気バイパス弁２６が開かれると上記ＨＣ量Ｑｈｃが多くなり、上記のようなエミッションの悪化は生じてしまうためである。つまり、ここでは排気バイパス弁２６を閉じることにより、触媒の早期暖機よりも上記のようなエミッションの悪化が生じるのを抑制することを優先している。
ステップ２０３に続いてはステップ２０５に進む。ステップ２０５では機関本体暖機完了条件が成立したか否かが判定される。ここで機関本体暖機完了条件は、機関本体が、点火時期Ｔｆを後続するステップ３００における目標点火時期Ｔｆｊ（この点火時期Ｔｆｊは上記点火時期Ｔｆｋよりも遅角側に設定される）まで遅角しても失火が生じない機関暖機状態となることであり、このことは原理的には、直噴タイプのエンジンではピストン４の頂面の温度が所定温度以上に上昇すること、また、ポート噴射タイプのエンジンでは吸気ポート及び吸気弁の温度が所定温度以上に上昇することとして定義できる。
本実施形態では、上記機関本体暖機完了条件に対応する機関暖機状態が吸気圧Ｐｍを基準にして表され、吸気圧Ｐｍがその完了条件に対応する吸気圧Ｐｍｅ以上となった時に機関本体暖機完了条件が成立したと判定するようにしている。つまり、本実施形態では内燃機関本体の機関暖機状態が吸気圧に基づいて判定されるようになっている。このようなことが可能なのは、内燃機関本体の温度（より詳細には、直噴タイプのエンジンではピストン４の頂面の温度、また、ポート噴射タイプのエンジンでは吸気ポート及び吸気弁の温度）Ｅｔが上昇すると排気ガスの温度Ｇｔが上昇し、排気ガス温度Ｇｔが上昇すると過給機のタービンの回転数Ｎｔが上昇し、過給機のタービンの回転数Ｎｔが上昇すると吸気圧Ｐｍが上昇するからであり、より詳細には、これらの各パラメータがほぼ比例する関係（Ｅｔ∝Ｇｔ∝Ｎｔ∝Ｐｍ）にあるからである。そして、このように吸気圧Ｐｍを用いることで上記内燃機関本体の機関暖機状態を容易且つ正確に判定することができる。なお、上記吸気圧Ｐｍｅは予め実験などにより適切な値を求めておく。
ステップ２０５において、機関本体暖機完了条件が成立していないと判定された場合にはステップ２０１に戻り、再度この制御ルーチンが繰り返される。一方、機関本体暖機完了条件が成立したと判定され場合には、この制御ルーチンが終了し（すなわち、機関本体暖機処理が終了し）、図３の制御ルーチンのステップ３００へと進む。
ステップ３００では上流触媒２３を暖機するための処理（上流触媒暖機処理）が実施される。図５は、ステップ３００で実施される上流触媒暖機処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ３０１において点火時期Ｔｆの制御が実施される。ここで実施される点火時期制御は、点火時期Ｔｆを予め定めた目標点火時期Ｔｆｊに向けて遅角するというものである。ここでの目標点火時期Ｔｆｊは、上記点火時期Ｔｆｋよりも遅角側（図２参照）にあり、上記機関本体暖機完了条件と上述したような関連性をもって設定されている。
ステップ３０１で上記点火時期遅角制御が開始されるとステップ３０３に進む。ステップ３０３では、その時点での点火時期Ｔｆが排気バイパス弁２６を開くことが可能な点火時期であるか否かが判定される。これはすなわち、その時点での点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角側にあるか否かの判定である。つまり、その時点での点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角側にあれば排気バイパス弁２６を開くことが可能であると判定され、上記点火時期Ｔｆｋよりも進角側にあれば排気バイパス弁２６を開くことはできないと判定される。
ステップ３０３において、排気バイパス弁２６を開くことが可能であると判定された場合にはステップ３０５に進み、排気バイパス弁２６が開かれる。一方、ステップ３０３において、排気バイパス弁２６を開くことはできないと判定された場合にはステップ３０７に進み、排気バイパス弁２６は閉じたままとされる。そして、これまでの説明から明らかなように、このようにすることでエミッションの悪化を確実に抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることができる。なお、上述したようにここでの目標点火時期Ｔｆｊは、上記点火時期Ｔｆｋよりも遅角側にあるので、点火時期Ｔｆが上記目標点火時期Ｔｆｊまで遅角された場合には、排気バイパス弁２６は開かれることになる。
ステップ３０５及び３０７に続いてはステップ３０９に進む。ステップ３０９では上流触媒暖機完了条件が成立したか否かが判定される。ここで、上流触媒暖機完了条件は上流触媒２３がその活性温度まで上昇することである。本実施形態では、この上流触媒暖機完了条件が今回の機関始動からの吸入空気量の積算値Ｇａを基準にして表され、同積算値Ｇａがその完了条件に対応する吸入空気量の積算値Ｇａｊ以上となった時に上流触媒暖機完了条件が成立したと判定するようにしている。つまり、上記積算値Ｇａｊは、本実施形態のようなやり方で上流触媒２３の昇温を行った場合に、機関の冷間始動から上流触媒２３がその活性温度に上昇するまでに吸入される空気量の積算値である。この値Ｇａｊは、予め実験などにより求められる。
ステップ３０９において、上流触媒暖機完了条件が成立していないと判定された場合にはステップ３０１に戻り、再度この制御ルーチンが繰り返される。一方、上流触媒暖機完了条件が成立したと判定された場合には、この制御ルーチンが終了し（すなわち、上流触媒暖機処理が終了し）、図３の制御ルーチンのステップ４００へと進む。なお、上流触媒暖機完了条件が成立したと判定される頃には、点火時期Ｔｆは上記目標点火時期Ｔｆｊまで遅角されているので、通常は上記排気バイパス弁２６が開いた状態でステップ４００へ進むことになる。
ステップ４００では下流触媒２４を暖機するための処理（下流触媒暖機処理）が実施される。図６は、ステップ４００で実施される下流触媒暖機処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ４０１において点火時期Ｔｆの制御が実施される。ここで実施される点火時期制御は、点火時期Ｔｆを予め定めた目標点火時期Ｔｆｅに向けて進角するというものである。ここでの目標点火時期Ｔｆｅは、上記点火時期Ｔｆｋよりも進角側にあり、また、通常は上記目標点火時期Ｔｆｈよりも更に進角側にある（図２参照）。
ステップ４０１で上記点火時期進角制御が開始されるとステップ４０３に進む。ステップ４０３では、排気バイパス弁２６が開状態にあるか否かが判定される。ステップ４０３で排気バイパス弁２６が開状態にはない、すなわち閉状態であると判定されるとステップ４１１に進む。一方、ステップ４０３で排気バイパス弁２６が開状態にあると判定された場合には、ステップ４０５に進む。なお、上述したように、通常は上記排気バイパス弁２６が開いた状態でステップ４００へ進むことになるので、最初にステップ４０３に進んだ時には排気バイパス弁２６は開状態であり、次にステップ４０５に進むことになる。
ステップ４０５に進むと、そこで排気バイパス弁２６の閉弁要求の有無が判定される。これはすなわち、その時点での点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋより進角側にあるか否かの判定である。つまり、その時点での点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋより進角側にあれば排気バイパス弁２６の閉弁要求が有ると判定され、上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角側にあれば排気バイパス弁２６の閉弁要求が無いと判定される。このような判定がなされるのは、上述したように点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋよりも進角側にある場合には、上記排気バイパス弁２６が開かれていることによって上記ＨＣ量Ｑｈｃが増加するため、エミッション悪化の抑制上、排気バイパス弁２６を閉弁した方が良いためである。
ステップ４０５において、排気バイパス弁２６の閉弁要求が有ると判定された場合にはステップ４０７に進み、排気バイパス弁２６の閉弁要求が無いと判定された場合には排気バイパス弁２６を開いた状態でステップ４１１に進む。ステップ４０７に進んだ場合には、そこで吸気圧Ｐｍが予め定めた吸気圧Ｐｍｃ以下となったか否かが判定される。
すなわち、本実施形態では上記ステップ４０１で点火時期Ｔｆの進角制御が開始されると、点火時期Ｔｆの進角に伴ってトルクが上昇しないようにスロットル弁１７が閉側に制御されるようになっている。このため次第に吸気圧Ｐｍが低下するが、このステップ４０７では、その吸気圧Ｐｍが予め定めた吸気圧Ｐｍｃ以下となったか否かが判定される。ここで、上記吸気圧Ｐｍｃは、排気バイパス弁２６が閉じられて過給機１４のタービン２１の回転数Ｎｔが上昇しても吸気圧Ｐｍに影響がでない程度の低い吸気圧Ｐｍであり、このような趣旨で予め実験などにより求められる。
ステップ４０７において、その時点での吸気圧Ｐｍが上記吸気圧Ｐｍｃ以下であると判定された場合には、ステップ４０９に進み上記排気バイパス弁２６が閉じられる。一方、ステップ４０７において、その時点での吸気圧Ｐｍが上記吸気圧Ｐｍｃより大きいと判定された場合には、排気バイパス弁２６を開いた状態でステップ４１１に進む。本実施形態においてこのような制御が行われるのは、上記排気バイパス弁２６が閉じられることによりトルクショックが生じるのを抑制するためである。つまり、上記排気バイパス弁２６が閉じられると、上記過給機１４のタービン２１へ供給される排気ガス量が増加されるのでタービン回転数が上昇する。このため、上記排気バイパス弁２６が閉じられた時に吸気圧が急上昇してトルクショックが生じてしまう場合があるが、吸気圧を充分に低くしておくと上記タービン回転数が上昇しても吸気圧に殆ど影響せず、その結果トルクにも殆ど影響しなくなる。ここでは吸気圧Ｐｍが上記吸気圧Ｐｍｃ以下であると判定された場合にのみ上記排気バイパス弁２６が閉じられるようになっているので、上記排気バイパス弁２６が閉じられることによりトルクショックが生じるのを抑制することができるのである。
上述した各ステップ４０３、４０５、４０７からステップ４１１に進むと、そこでは下流触媒暖機完了条件が成立したか否かが判定される。ここで、下流触媒暖機完了条件は下流触媒２４がその活性温度まで上昇することである。本実施形態では、この下流触媒暖機完了条件が、上述した上流触媒暖機完了条件と同様、今回の機関始動からの吸入空気量の積算値Ｇａを基準にして表され、同積算値Ｇａがその完了条件に対応する吸入空気量の積算値Ｇａｋ以上となった時に下流触媒暖機完了条件が成立したと判定するようにしている。つまり、上記積算値Ｇａｋは、本実施形態のようなやり方で下流触媒２４の昇温を行った場合に、機関の冷間始動から下流触媒２４がその活性温度に上昇するまでに吸入される空気量の積算値である。この値Ｇａｋは、予め実験などにより求められる。
ステップ４１１において、下流触媒暖機完了条件が成立していないと判定された場合にはステップ４０１に戻り、再度この制御ルーチンが繰り返される。一方、下流触媒暖機完了条件が成立したと判定された場合には、この制御ルーチンが終了し（すなわち、下流触媒暖機処理が終了し）、それによって図３の制御ルーチンで示される暖機制御が終了する。
図７は、上述した暖気制御を実施した場合の機関回転数Ｎｅ、点火時期Ｔｆ、排気バイパス弁開度（もしくは開閉状態）θｂ、排気ガス温度Ｇｔ、吸気圧Ｐｍ、スロットル弁開度θｔ及び吸入空気量の積算値Ｇａの経時変化の一例を表している。この例では、時刻ｔ１からｔ２までが機関本体暖機処理（ステップ２００）に、時刻ｔ２からｔ５までが上流触媒暖機処理（ステップ３００）に、そして時刻ｔ５からｔ８が下流触媒暖機処理（ステップ３００）に相当する。
この例では時刻ｔ１において内燃機関が冷間始動後のアイドリング状態にあると判定され（ステップ１００）、そこから機関本体暖機処理（ステップ２００）が開始されている。すなわち、時刻ｔ１から点火時期Ｔｆを上記目標点火時期Ｔｆｈに向けて遅角する点火時期遅角制御が開始されている。その後、点火時期Ｔｆは上記目標点火時期Ｔｆｈにまで遅角され、時刻ｔ２までその点火時期Ｔｆｈが維持される。時刻ｔ１からｔ２までの間は、上記排気バイパス弁２６は閉状態に維持される。時刻ｔ１からｔ２までの間は排気ガス温度Ｇｔが上昇するのに伴って過給機のタービンの回転数Ｎｔが上昇するため、吸気圧Ｐｍが次第に上昇する。時刻ｔ２において吸気圧Ｐｍが上記吸気圧Ｐｍｅに達すると、機関本体が予め定めた機関暖機状態になった、すなわち機関本体暖機完了条件が成立したと判定されて機関本体暖機処理（ステップ２００）が終了され、続いて上流触媒暖機処理（ステップ３００）が開始される。
上流触媒暖機処理（ステップ３００）が開始されると、点火時期Ｔｆを上記目標点火時期Ｔｆｊに向けて遅角する点火時期遅角制御が開始される。そしてこの例では、点火時期Ｔｆは時刻ｔ３に上記点火時期Ｔｆｋまで遅角されている。点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋまで遅角されると、上述したように本実施形態では上記排気バイパス弁２６を開くことが可能であると判定されるため、時刻ｔ３において上記排気バイパス弁２６が開かれる。これによって吸気圧Ｐｍは低下に転じる。
その後、点火時期Ｔｆは更に遅角され、時刻ｔ４に上記目標点火時期Ｔｆｊまで遅角される。そして、時刻ｔ５までその点火時期Ｔｆｊが維持される。なお、時刻ｔ２からｔ４までの間、点火時期Ｔｆが遅角されるのに伴ってトルクが低下するのを抑制するためスロットル弁開度θｔが大きくされる。時刻ｔ５になると吸入空気量の積算値Ｇａが上記積算値Ｇａｊに達し、上流触媒暖機完了条件が成立する。これによって上流触媒暖機処理（ステップ３００）が終了され、続いて下流触媒暖機処理（ステップ４００）が開始される。
下流触媒暖機処理（ステップ４００）が開始されると、点火時期Ｔｆを上記目標点火時期Ｔｆｅに向けて進角する点火時期進角制御が開始される。そしてこの例では、点火時期Ｔｆは時刻ｔ６に上記点火時期Ｔｆｋまで進角される。上述したように、点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋよりも進角されると、上記排気バイパス弁２６に対する閉弁要求があると判定される。したがって、時刻ｔ６を過ぎると上記排気バイパス弁２６に対する閉弁要求があると判定される。
ところが、時刻ｔ６の時点では吸気圧Ｐｍが上記吸気圧Ｐｍｃよりも大きいため、排気バイパス弁２６は開状態に維持される。上記排気バイパス弁２６は、その後時刻ｔ７において吸気圧Ｐｍが上記吸気圧Ｐｍｃまで低下した時に閉じられる。そして、時刻ｔ８になると吸入空気量の積算値Ｇａが上記積算値Ｇａｋに達し、下流触媒暖機完了条件が成立する。これによって下流触媒暖機処理（ステップ４００）が終了され、暖機制御全体が終了する。なお、時刻ｔ５からｔ８までの間、点火時期Ｔｆが進角されること等に伴ってトルクが上昇するのを抑制するためスロットル弁開度θｔが小さくされる。
以上、説明したように本実施形態では、内燃機関の本体の暖機及び触媒の暖機が完了するまでの間、機関暖機状態と触媒暖気状態の少なくとも一方に応じて点火時期を制御し、更に同点火時期の制御に基づいて上記排気バイパス弁の開度を制御するようになっている。
また、より詳細には本実施形態では、内燃機関の始動後、同内燃機関の本体が予め定めた機関暖機状態になるまでは、点火時期Ｔｆを上記点火時期Ｔｆｋよりも進角した時期にしておくと共に、上記排気バイパス弁２６を閉じているようになっている。また、上記内燃機関の本体が予め定めた機関暖機状態になった後に、点火時期Ｔｆを上記点火時期Ｔｆｋ以上に遅角すると共に、上記排気バイパス弁２６を開くようになっている。そして上述したように、このようにすることによって、燃焼の悪化が生じるのを抑制しながら、エミッションの悪化を確実に抑制しつつ触媒の早期暖機を図ることができる。
また、本実施形態では、触媒を暖機すべく開かれた上記排気バイパス弁２６は、吸気圧Ｐｍが上記吸気圧Ｐｍｃ以下とされてから閉じられるようになっている。そして上述したように、このようにすることによって上記排気バイパス弁２６が閉じられることによりトルクショックが生じるのを抑制することができる。
なお、上述した実施形態では点火時期Ｔｆが、上記ＨＣ量Ｑｈｃが上記排気バイパス弁２６の開閉状態に影響されなくなる点火時期Ｔｆｋ以上に遅角されてから上記排気バイパス弁２６が開かれるようにされたが、他の実施形態では、点火時期Ｔｆが上記点火時期Ｔｆｋよりも進角側に設定された点火時期Ｔｆｘにまで遅角されれば上記排気バイパス弁２６が開かれるようにしてもよい。つまり、上述した実施形態における上記点火時期Ｔｆｋの代わりに上記点火時期Ｔｆｘを用いるようにしてもよい。
上述したように上記ＨＣ量Ｑｈｃの上記排気バイパス弁２６の開閉状態による差は点火時期を遅角していくと次第に小さくなるので、このようにしても上記点火時期Ｔｆｘを適切に設定すること（例えば、上記点火時期Ｔｆｘを上記点火時期Ｔｆｋの比較的近くに設定すること）で、上記のようなエミッションの悪化を抑制する効果を相当程度得ることができ、また、触媒の早期暖機を図ることができる。またこの場合には、点火時期Ｔｆの遅角量が少なくなるので、燃焼悪化の生じる可能性を低減できる。
また、更に他の実施形態では、制御ルーチン上は図３のステップ２００の機関本体暖機処理を削除し、その代わりにステップ３００の上流触媒暖機処理中のステップ３０１において、点火時期Ｔｆをその時点での失火を生じない最遅角点火時期に遅角することを繰り返して上記目標点火時期Ｔｆｊまで遅角するようにしても良い。この場合、実質的にはこのステップ３０１で機関本体暖機処理が実施されることになる。
図１は、本発明の一実施形態の過給機付き内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の全体構成を示す説明図である。 図２は、内燃機関の点火時期Ｔｆ、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）の量（より詳細には、触媒に到達する時点における排気ガス中のＨＣ量）Ｑｈｃ及び排気バイパス弁の開閉状態の関係を示した図である。 図３は、本発明の一実施形態において実施される暖機制御全体の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図４は、図３のステップ２００で実施される機関本体暖機処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、図３のステップ３００で実施される上流触媒暖機処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図６は、図３のステップ４００で実施される下流触媒暖機処理の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、図３のフローチャートで示される暖気制御を実施した場合の機関回転数Ｎｅ、点火時期Ｔｆ、排気バイパス弁開度（もしくは開閉状態）θｂ、排気ガス温度Ｇｔ、吸気圧Ｐｍ、スロットル弁開度θｔ及び吸入空気量の積算値Ｇａの経時変化の一例を表している。
符号の説明
１ 機関本体
１０ 排気ポート
１４ 過給機
２０ 排気管
２１ タービン
２３ 上流触媒
２４ 下流触媒
２５ バイパス管
２６ 排気バイパス弁
３０ 電子制御ユニット

Claims (7)

  1. 内燃機関の排気ポートから過給機のタービンを経由し更に触媒を経て外気へ開放される主排気通路と、上記過給機のタービンをバイパスすべく上記主排気通路のタービン上流側から分岐しタービン下流側の触媒に至るまでの間で主排気通路に合流する排気バイパス通路と、上記排気バイパス通路に設けられた排気バイパス弁と、を具備する過給機付き内燃機関の制御装置であって、
    上記内燃機関の本体の暖機及び上記触媒の暖機が完了するまでの間、機関暖機状態と触媒暖気状態の少なくとも一方に応じて点火時期を制御し、更に該点火時期の制御に基づいて上記排気バイパス弁の開度を制御することを特徴とする、過給機付き内燃機関の制御装置。
  2. 上記触媒を暖機すべく上記排気バイパス弁を開くのは、内燃機関の点火時期が予め定めた点火時期以上に遅角された場合であるようにすることを特徴とする、請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
  3. 内燃機関の排気ポートから過給機のタービンを経由し更に触媒を経て外気へ開放される主排気通路と、上記過給機のタービンをバイパスすべく上記主排気通路のタービン上流側から分岐しタービン下流側の触媒に至るまでの間で主排気通路に合流する排気バイパス通路と、開閉することにより上記排気バイパス通路を開閉する排気バイパス弁と、を具備する過給機付き内燃機関の制御装置であって、
    上記内燃機関の始動後、上記触媒を暖機すべく上記排気バイパス弁を開くのは、内燃機関の点火時期が予め定めた点火時期以上に遅角された場合であるようにすることを特徴とする、過給機付き内燃機関の制御装置。
  4. 上記内燃機関の始動後、該内燃機関の本体が予め定めた機関暖機状態になるまでは、上記点火時期を上記予め定めた点火時期よりも進角した時期にしておくことを特徴とする、請求項２または３に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
  5. 上記内燃機関の始動後、該内燃機関の本体が予め定めた機関暖機状態になった後に、上記点火時期を上記予め定めた点火時期以上に遅角すると共に、上記排気バイパス弁を開くことを特徴とする、請求項２から４の何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
  6. 上記内燃機関本体の機関暖機状態を吸気圧に基づいて判定することを特徴とする、請求項１、２、４及び５の何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
  7. 上記触媒を暖機すべく開かれた排気バイパス弁は、吸気圧が予め定めた吸気圧以下とされてから閉じられることを特徴とする、請求項１から６の何れか一項に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
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