JP2006348757A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の未暖機時に生じるエミッションの悪化を抑制し、ウエストゲートバルブの故障診断を効率的に行う内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は触媒暖機などを行う。点火時期制御手段は冷間始動時に点火時期を第１の点火時期に設定する。ウエストゲートバルブ制御手段は点火時期が第１の点火時期よりも遅角していないときにはウエストゲートバルブを閉に設定し、点火時期が第１の点火時期に設定されているときにウエストゲートバルブの開度を制御する。点火時期が第１の点火時期に設定されている場合には、ウエストゲートバルブを開にしてもエミッションが悪化しない。内燃機関の回転数が目標回転数に維持されるようにウエストゲートバルブの開度を制御し、ターボ過給機による過給圧を一定に維持することができ、排気ガスの熱を効果的に触媒に供給して暖機する。以上より、エミッションの悪化を抑制して適切に触媒暖機を行う。
【選択図】図８

Description

本発明は、冷間始動時の触媒暖機制御などを行う内燃機関の制御装置に関する。

従来より、内燃機関の冷間始動時において、触媒を活性温度にまで昇温するための制御（所謂、触媒暖機制御）が行われている。一般的には、ターボ過給機（以下、単に「ターボ」とも呼ぶ。）の上流側の排気通路と下流側の排気通路とをバイパスさせる通路上に設けられたウエストゲートバルブの開度などを制御することによって触媒暖機制御が行われている。例えば、特許文献１には、触媒の未暖機時にウエストゲートバルブ（以下、単に「Ｗ／Ｇ」とも呼ぶ。）を開けて、早期に触媒暖機を行う技術が記載されている。

また、上記したウエストゲートバルブの故障診断方法に関しても、種々の技術が開示されている。例えば、特許文献２には、吸気圧力を監視することによってウエストゲートバルブの故障診断を行う技術が記載されている。特許文献３には、検出した過給圧と、内燃機関の回転数に対応して予め記憶した過給圧とを比較し、過給圧が異常である場合にウエストゲートバルブを強制的に開く技術が記載されている。更に、特許文献４には、過給圧が内燃機関の回転数と負荷代表値とから求められた吸気圧力のマップ値よりも高い場合には、ウエストゲートバルブを閉弁状態で故障したと判定する技術が記載されている。

特開２００１−１０７７２２号公報 特開平７−２９３３０２号公報 実公平３−５２９８６号公報 特開平４−１７１２２５号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、触媒の未暖機時にウエストゲートバルブを開くことによって、エミッションが悪化してしまう場合があった。また、特許文献２乃至４に記載された技術では、触媒暖機制御中にウエストゲートバルブなどの故障診断を効率的に行うことができなかった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、触媒の未暖機時にウエストゲートバルブを開くことによって生じるエミッションの悪化を抑制すると共に、触媒暖機制御中にウエストゲートバルブなどの故障診断を効率的に行うことが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の１つの観点では、内燃機関の制御装置は、内燃機関における点火時期を制御する点火時期制御手段と、ターボ過給機の上流側の排気通路と前記ターボ過給機の下流側の排気通路とをバイパスさせるバイパス通路上に設けられた、ウエストゲートバルブの開度を制御するウエストゲートバルブ制御手段と、を有し、前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記点火時期を第１の点火時期に設定する制御を行い、前記ウエストゲートバルブ制御手段は、前記点火時期が前記第１の点火時期よりも遅角していないときには、前記ウエストゲートバルブを閉に設定し、前記点火時期が前記第１の点火時期に設定されているときには、前記内燃機関の回転数が前記目標回転数に維持されるように、前記ウエストゲートバルブの開度を制御する。

上記の内燃機関の制御装置は、触媒暖機などを行うために好適に用いられる。点火時期制御手段は点火時期を制御し、ウエストゲートバルブ制御手段は、ウエストゲートバルブを制御する。詳しくは、点火時期制御手段は、冷間始動時に、点火時期を第１の点火時期に設定する制御を行う。また、ウエストゲートバルブ制御手段は、点火時期が第１の点火時期よりも遅角してないときには、ウエストゲートバルブを閉に設定することによって、エミッションの悪化を防止する。一方、点火時期が第１の点火時期に設定されているときに、内燃機関の回転数が目標回転数に維持されるように、ウエストゲートバルブの開度を制御する。この場合には、ウエストゲートバルブを開にしても、後燃えが確保されるため、エミッションが悪化しないからである。また、内燃機関の回転数が目標回転数に維持されるようにウエストゲートバルブの開度を制御することにより、ターボ過給機による過給圧を一定に維持することができるため、排気ガスの熱を効果的に触媒に供給して暖機することが可能となる。以上より、上記の内燃機関の制御装置によれば、エミッションの悪化を抑制して、適切に触媒暖機を行うことができる。

上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記目標回転数に維持されるように、前記内燃機関が失火しない限界まで遅角させた第２の点火時期から前記点火時期の制御を開始する。

この態様では、点火時期制御手段は、内燃機関が失火しない限界まで遅角させた第２の点火時期から点火時期の制御を開始する。冷間始動時の初期の段階では、内燃機関の温度が低いため、点火時期を遅角させ過ぎると失火が生じる可能性が高くなる。そのため、点火時期制御手段は、上記した第１の点火時期よりも進角している第２の点火時期から点火時期の制御を開始する。また、点火時期制御手段は、内燃機関の回転数が目標回転数に維持されるように、回転数に基づいて点火時期の制御を行う。このような点火時期の制御を行うことによって、点火時期が第２の点火時期から第１の点火時期になるまで遅角される。以上より、内燃機関の制御装置は、内燃機関の失火を防止して、適切に触媒暖機を行うことができる。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記第１の点火時期に設定するための前記点火時期の制御を第１の所定時間行ったときに、当該点火時期が前記第１の点火時期に設定されていない場合には、前記ターボ過給機が故障していると診断するターボ過給機診断手段を更に備える。

この態様では、ターボ過給機診断手段は、第１の点火時期に設定するための点火時期の制御を第１の所定時間行っときに、点火時期が第１の点火時期に設定されていない場合には、ターボ過給機が故障していると診断する。ターボ過給機が正常であれば、内燃機関が十分に暖機するとターボ過給機が駆動し始めて、内燃機関の回転数が上昇する。前述したように、点火時期制御手段は回転数が目標回転数に維持されるように点火時期を制御するが、点火時期が遅角されない場合には、内燃機関の回転数が概ね変化していないといえる。このように回転数が変化していない場合には、ターボ過給機による過給が行われていない可能性が高い。即ち、ターボ過給機が故障している可能性が高い。したがって、ターボ過給機故障診断手段は、点火時期制御の開始から所定時間経過しても、点火時期が第１の点火時期になっていない場合には、ターボ過給機が故障していると判定する。以上により、内燃機関の制御装置によれば、触媒暖機のための制御中に、効率的にターボ過給機の故障診断を行うことができる。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記ウエストゲートバルブの開度の制御を行ったときに、前記内燃機関の回転数が前記目標回転数を超えた時間が第２の所定時間以上となった場合には、前記ウエストゲートバルブが故障していると診断するウエストゲートバルブ診断手段を更に備える。

この態様では、ウエストゲートバルブ診断手段は、ウエストゲートバルブの開度の制御を行ったときに、内燃機関の回転数が目標回転数を超えた時間が第２の所定時間以上となった場合には、ウエストゲートバルブが故障していると診断する。ウエストゲートバルブ制御手段は、点火時期が第１点火時期に設定されているときには過給が進んで内燃機関の回転数が上昇するため、ウエストゲートバルブを開いていくことによって、内燃機関の回転数の上昇を抑制する。しかしながら、ウエストゲートバルブを制御しても、内燃機関の回転数が目標回転数から上昇している場合には、ウエストゲートバルブが動作していない可能性が高い。したがって、ウエストゲートバルブ診断手段は、ウエストゲートバルブの開度の制御の実行中に、内燃機関の回転数が目標回転数を超えた時間が第２の所定時間以上である場合には、ウエストゲートバルブが故障していると診断する。以上により、内燃機関の制御装置によれば、触媒暖機のための制御中に、効率的にウエストゲートバルブの故障診断を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［車両の構成］
まず、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の全体構成について、図１を用いて説明する。なお、図１では、実線矢印がガスの流れる方向を示し、破線矢印は信号の入出力を示している。

車両は、主に、吸気通路３と、ターボ過給機（ターボ）４と、スロットルバルブ５と、内燃機関６と、点火プラグ７と、排気通路８と、バイパス通路９と、ウエストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）１０と、触媒１１と、吸気量センサ１３と、吸気圧センサ１４と、水温センサ１５と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）２０と、を備える。

吸気通路３には、外部から吸入された吸気が通過する。この吸入された吸気の量は、吸気通路３上に設けられた吸気量センサ１３によって検出される。また、吸気通路３中には、ターボ過給機４のタービン４ａが配設されており、吸気はタービン４ａの回転によって圧縮される（過給される）。更に、吸気通路３中には、内燃機関６に供給する吸気量を調整するスロットルバルブ５が設けられている。スロットルバルブ５は、ＥＣＵ２０によって開度（以下、「スロットル開度」と呼ぶ。）が制御される。

スロットルバルブ５を通過した吸気は、内燃機関６のシリンダ（不図示）内に流入する。内燃機関６に供給される吸気の圧力（以下、この圧力を「吸気管圧力」と呼ぶ。）は、吸気圧センサ１４によって検出される。内燃機関６は、例えば、ガソリンエンジンなどのエンジンとすることができる。内燃機関６のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ７が取り付けられ、各点火プラグ７の火花放電によって筒内の混合気に着火される。この点火プラグ７の点火時期などは、ＥＣＵ２０によって制御される。また、内燃機関６のシリンダブロックには、冷却水の温度を検出する水温センサ１５が取り付けられている。水温センサ１５は、検出した温度をＥＣＵ２０に供給する。

内燃機関６から排出された排気ガスは、排気通路８を通過する。排気ガスは、排気通路８に設けられたターボ過給機４のタービン４ｂを回転させる。このようなタービン４ｂの回転トルクが、過給機４内のコンプレッサホイール（不図示）に伝達されてタービン４ａが回転することによって、ターボ過給機４を通過する吸気が圧縮される。

更に、排気通路８には、ターボ過給機４の上流側と下流側とをバイパスさせるバイパス通路９が接続されている。このバイパス通路９上には、ウエストゲートバルブ１０が設けられている。ウエストゲートバルブ１０が閉であるときには、排気ガスは過給機４に流入し、バイパス通路９には流れない。逆に、ウエストゲートバルブ１０が開であるときには、排気ガスはバイパス通路９にも流れる。そのため、ターボ過給機４による過給が抑えられる。このようなウエストゲートバルブ１０の開度は、ＥＣＵ２０によって制御される。

また、排気通路８の下流には、触媒１１が設けられている。触媒１１は、三元触媒などによって構成され、排気ガスを浄化する。

ＥＣＵ２０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。ＥＣＵ２０は、上述した各種センサから供給される出力に基づいて、車両内の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、点火時期制御手段、ウエストゲートバルブ制御手段、ターボ過給機診断手段、及びウエストゲートバルブ診断手段として機能する。即ち、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の制御装置として機能する。ＥＣＵ２０が行う制御の詳細は、後述する。

［基本概念］
次に、本実施形態に係る内燃機関６の制御装置が行う制御方法の基本概念について、簡単に説明する。

本実施形態に係る内燃機関６の制御装置は、冷間始動時に、触媒１１を活性温度まで昇温するための制御、即ち触媒暖機制御を行う。具体的には、上記したＥＣＵ２０が、触媒１１が適切に昇温するように、且つ、エミッションが悪化しないように、スロットルバルブ５の開度の制御、点火時期の制御、及びウエストゲートバルブ１０の開度の制御を行う。更に、このような制御の実行中に、ＥＣＵ２０は、ターボ過給機４の故障診断と、ウエストゲートバルブ１０の故障診断を行う。

（ＨＣの排出抑制方法）
ここで、触媒暖機制御に伴って発生する問題と、この問題を解決するために行う本実勢形態に係る制御方法について説明する。

冷間始動時に触媒１１を昇温させるためには、高温の排気ガスを効果的に触媒１１に供給する必要がある。そのため、排気ガスの熱がターボ過給機４の駆動によって奪われてしまうことを抑制することが好ましい。１つの方法としては、ウエストゲートバルブ１０を開にすることによりターボ過給機４の駆動を抑制することによって、排気ガスの熱を効果的に触媒１１に供給する方法がある。しかしながら、ウエストゲートバルブ１０を開にすると、エキゾーストマニホールド内の排気ガスの滞留時間が短いために排気ガスの後燃えが減少して、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）が増加し、エミッションが悪化してしまう場合がある。

したがって、本実施形態では、上記したＨＣの排出を抑制して、触媒暖機を実行する。具体的には、本実施形態に係る内燃機関６の制御装置は、点火時期を遅角させた状態で、ウエストゲートバルブ１０を開に設定して触媒暖機を行う。こうするのは、点火時期を遅角させることにより後燃えが確保されるため、ＨＣの排出が抑制されるので、ウエストゲートバルブ１０を開に設定してもエミッションが悪化する恐れがないからである。

図２は、内燃機関６の点火時期と、ウエストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）１０が開であるとき及び閉であるときのＨＣの発生量との関係を、具体的に示した図である。図２は、横軸に点火時期を示し、縦軸にＨＣの量を示している。また、符号３１で示す曲線がウエストゲートバルブ１０が開であるときのグラフを示し、符号３２で示す曲線がウエストゲートバルブ１０が閉であるときのグラフを示している。

図２より、ウエストゲートバルブ１０が開である場合には、ウエストゲートバルブ１０が閉である場合と比較して、ＨＣの発生量が多いことがわかる。しかしながら、点火時期が符号３３で示す点火時期よりも遅角した場合には、ウエストゲートバルブ１０が開のときのＨＣの発生量は、ウエストゲートバルブ１０が開のときのＨＣの発生量と概ね同一であることがわかる。即ち、点火時期が符号３３で示す点火時期よりも遅角した場合には、ウエストゲートバルブ１０が開であってもＨＣの発生量が少ないといえる。これは、点火時期の遅角が大きい場合には、ターボ過給機４の前で、ＨＣの後燃えが概ね完了するためである。本実施形態では、このような関係を考慮して、ＥＣＵ２０は、符合Ａで示す点火時期（以下、「触媒要求点火時期」と呼ぶ。）に設定し、且つウエストゲートバルブ１０を開にして触媒暖機を行う。これにより、ＨＣの発生を抑制して、触媒１１を効果的に暖機することができる。なお、触媒要求点火時期Ａは第１の点火時期に対応する。

更に、ＥＣＵ２０は、冷間始動時の初期の段階（以下、この時期を「冷間始動直後」とも呼ぶ。）では、図２中の符号Ｂで示す点火時期（以下、「燃焼限界点火時期」と呼ぶ。）に設定する。即ち、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の冷間始動直後は、触媒要求点火時期Ａよりも進角した燃焼限界点火時期Ｂに設定する。この理由を、図３を用いて説明する。

図３は、内燃機関６内のピストンの未暖機時及び暖機後における、内燃機関６の燃焼について示した図である。図３は、横軸に点火時期を示し、縦軸に内燃機関６における失火回数を示している。図示のように、ピストンの未暖機時では、ピストンの暖機後よりも、点火時期を遅角させているときに発生する失火回数が多いことがわかる。つまり、ピストンの未暖機時に、即ち冷間始動直後に、点火時期を遅角させ過ぎると失火が発生する可能性が高い。したがって、本実施形態では、ＥＣＵ２０は、冷間始動直後は、符号Ｂで示すような点火時期、即ち失火が発生しない限界まで遅角させた点火時期（燃焼限界点火時期）に点火時期を設定する。この燃焼限界点火時期Ｂは、第２の点火時期に対応する。

ここで、図２を参照すると、燃焼限界点火時期Ｂは、符号３３で示す点火時期よりも進角している。そのため、点火時期を燃焼限界点火時期Ｂに設定した状態で、ウエストゲートバルブ１０を開にすると、ＨＣの発生量が多くなる。したがって、本実施形態では、ＥＣＵ２０は、点火時期を燃焼限界点火時期Ｂに設定している際には、ＨＣの発生を抑制するためにウエストゲートバルブ１０を閉に設定する。即ち、ＥＣＵ２０は、冷間始動直後には、点火時期を燃焼限界点火時期Ｂに設定すると共に、ウエストゲートバルブ１０を閉に設定する。そして、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の暖機後に、点火時期を触媒要求点火時期Ａに設定すると共に、ウエストゲートバルブ１０を開に設定する。このように、冷間始動直後に、燃焼限界点火時期Ｂに設定すると共に、ウエストゲートバルブ１０を閉に設定することにより、内燃機関６の失火とＨＣの発生を抑制することが可能となる。

（触媒暖機制御方法）
ここで、本実施形態に係る触媒暖機制御方法について、図４に示す具体例を参照して説明する。

図４は、冷間始動直後に触媒暖機制御を行ったときの車両内の状態の一例を示す図である。図４（ａ）は内燃機関６の回転数を示し、図４（ｂ）は点火時期を示し、図４（ｃ）はウエストゲートバルブ１０の開度を示し、図４（ｄ）は排気ガスの温度（排気温度）を示し、図４（ｅ）はスロットル開度を示し、図４（ｆ）は吸気管圧力を示している。また、図４は、それぞれ横軸に時間を示している。

まず、ＥＣＵ２０は、冷間始動直後は、点火時期を燃焼限界点火時期Ｂに設定すると共に、ウエストゲートバルブ１０を閉に設定する制御（以下、この制御を「初期設定制御」と呼ぶ。）を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、図４（ｂ）に示すように点火時期を燃焼限界点火時期Ｂに設定すると共に、図４（ｃ）に示すようにウエストゲートバルブ１０を閉に設定する。こうするのは、内燃機関６における失火と、ＨＣの発生とを抑制するためである。

また、ＥＣＵ２０は、初期設定制御において、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃとなるようにスロットル開度を設定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、回転数が目標回転数Ｃとなるように、図４（ｅ）中の符号Ｄで示すスロットル開度に設定し続ける。このように、スロットル開度を固定するのは、ターボ過給機４の過給に起因する内燃機関６の回転数の変化を、純粋に観察できるからである。なお、冷間始動直後は、排気ガスの熱は内燃機関６の構成要素（例えば、ピストンなど）の暖機に用いられるため、ターボ過給機４はほとんど駆動しない。即ち、冷間始動直後は、ターボ過給機４による過給がほとんど行われず、無過給状態にある。よって、図４（ｆ）中の矢印３９で示すように、吸気管圧力はほとんど上昇しない。

次に、ＥＣＵ２０は、上記のような初期設定制御を行って内燃機関６が十分に暖機した後に、燃焼限界点火時期Ｂから点火時期を変化させていく制御（以下、この制御を「点火時期制御」と呼ぶ。）を行う。内燃機関６が十分に暖機したら、排気ガスの熱はターボ過給機４に供給されるため、ターボ過給機４による過給が始まり、内燃機関６におけるトルクが上昇し始める、言い換えると回転数が上昇し始める。ＥＣＵ２０は、このような内燃機関６の回転数の上昇を抑えるように、詳しくは内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃに維持されるように、点火時期を制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数を監視して、内燃機関６の回転数が上昇し始めたときに内燃機関６が十分に暖機したと判断して、点火時期制御を実行する。そして、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数に基づいて点火時期を制御する。

図４では、時刻ｔ１において、内燃機関６が十分に暖機する。よって、時刻ｔ１において、内燃機関６の回転数が上昇し始める。ＥＣＵ２０は、このような回転数の上昇を抑えるように、時刻ｔ１から点火時期を制御し始める。内燃機関６の回転数に基づいて点火時期を制御することによって、図４（ｂ）中の矢印４０で示すように点火時期は徐々に遅角していく。即ち、回転数の上昇を抑えるように点火時期を制御することにより、点火時期は徐々に遅角していく。このような点火時期制御によって、内燃機関６の回転数は、図４（ａ）中の一点鎖線４２で示すように上昇することなく、矢印４１で示すように概ね目標回転数Ｃに維持される。

次に、ＥＣＵ２０は、点火時期制御によって点火時期が触媒要求点火時期Ａまで遅角された時点で、点火時期を触媒要求点火時期Ａに固定して、ウエストゲートバルブ１０の開度を制御する（以下、この制御を「ウエストゲートバルブ制御」と呼ぶ。）。点火時期を固定するとターボ過給機４による過給によって内燃機関６の回転数が上昇するため、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ１０の開度を制御してターボ過給機４による過給圧を一定に保つことにより、内燃機関６の回転数の上昇を抑える。具体的には、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃに維持されるように、内燃機関６の回転数に基づいてウエストゲートバルブ１０の開度を制御する。

図４では、時刻ｔ２において、点火時期が触媒要求点火時期Ａになる。ＥＣＵ２０は、この時刻ｔ２において、図４（ｂ）に示すように、点火時期制御を停止して、点火時期を触媒要求点火時期Ａに固定する。そして、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数に基づいてウエストゲートバルブ１０を制御する。この場合、図４（ｃ）中の矢印４４で示すように、ウエストゲートバルブ１０は徐々に開いていく。即ち、回転数が目標回転数Ｃに維持されるように、ウエストゲートバルブ１０を制御することによって、ウエストゲートバルブ１０は徐々に開いていく。このようなウエストゲートバルブ制御によって、図４（ａ）中の矢印４５で示すように、内燃機関６の回転数は概ね目標回転数Ｃに維持される。

（故障診断方法）
本実施形態では、触媒暖機制御中に、車両内の構成要素の故障診断を実行する。詳しくは、ＥＣＵ２０は、上記した点火時期制御時、及びウエストゲートバルブ制御時に、ターボ過給機４とウエストゲートバルブ１０の故障診断を行う。

点火時期制御中に、ＥＣＵ２０は、ターボ過給機４の故障診断を行う。詳しくは、ＥＣＵ２０は、点火時期制御時の点火時期に基づいてターボ過給機４の故障を診断する。点火時期に基づいてターボ過給機４の故障診断を行うことができる理由は、以下の通りである。

ターボ過給機４が正常であれば、内燃機関６が十分に暖機した際にターボ過給機４が駆動し始めることによって、内燃機関６の回転数が上昇する。前述したように、ＥＣＵ２０は回転数の上昇が抑制されるように（即ち、回転数が目標回転数Ｃに維持されるように）点火時期を制御するが、点火時期の遅角が進まない場合には、内燃機関６の回転数が概ね変化していないといえる。このように回転数が変化していない場合には、ターボ過給機４による過給が行われていない可能性が高い。即ち、ターボ過給機４におけるタービン４ａ、４ｂやコンプレッサなどが故障している可能性が高い。したがって、本実施形態では、ＥＣＵ２０は、点火時期制御の開始から所定時間Ｔ１（第１の所定時間）経過しても、点火時期が触媒要求点火時期Ａになっていない場合には、ターボ過給機４が故障していると判定する。

なお、ターボ過給機４が正常である場合には、図４（ｆ）中の矢印４７で示すように吸気管圧力は上昇するが、ターボ過給機４が故障している場合には、一点鎖線４８で示すように吸気管圧力は上昇しない。よって、上記では、点火時期に基づいてターボ過給機４の故障診断を行う例について示したが、他の例では、点火時期の代わりに吸気管圧力に基づいてターボ過給機４の故障診断を行うことができる。

一方、ウエストゲートバルブ制御中に、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ１０の故障診断を行う。詳しくは、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ１０を制御したときの内燃機関６の回転数に基づいて、ウエストゲートバルブ１０の故障を診断する。回転数に基づいてウエストゲートバルブ１０の故障診断を行うことができる理由は、以下の通りである。

ウエストゲートバルブ制御では、点火時期を触媒要求点火時期Ａに固定するため、過給が進むことによって内燃機関６の回転数が上昇する。そのため、ウエストゲートバルブ制御では、ウエストゲートバルブ１０を開いていくことによって、内燃機関６の回転数の上昇を抑制する。しかしながら、ウエストゲートバルブ１０を制御しても、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃから上昇している場合には、ウエストゲートバルブ１０が動作していない可能性が高い。したがって、本実施形態では、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ制御の実行中に、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃを継続して超えた時間（累計時間）が所定時間Ｔ２以上である場合には、ウエストゲートバルブ１０が故障していると判断する。なお、所定時間Ｔ２は第２の所定時間に対応する。

以上のように、本実施形態に係る内燃機関６の制御装置によれば、エミッションの悪化を抑制して適切に触媒暖機を行うことができると共に、触媒暖機制御中に効率的に故障診断を行うことが可能となる。

［触媒暖機制御処理］
次に、触媒暖機制御時に行われる具体的な処理について説明する。

図５は、触媒暖機制御を行う際に実行される全体処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０によって実行される。

まず、ステップＳ１１では、ＥＣＵ２０は、内燃機関６が冷間始動にあり、且つアイドル状態であるか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ２０は、水温センサ１５が検出した温度を取得し、この温度が所定温度以下であるか否かを判定する。冷間始動のアイドル状態である場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ１１に進む。この場合には、以下の処理において触媒暖機制御を実行する。一方、冷間始動のアイドル状態ではない場合（ステップＳ１１；Ｎｏ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、触媒暖機制御を行わない。

ステップＳ１２では、ＥＣＵ２０は、前述した初期設定制御に係る処理（初期設定制御処理）を実行する。そして、初期設定制御処理が終了したら、処理はステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、ＥＣＵ２０は、触媒暖機制御に係る処理（触媒暖機制御処理）を実行する。そして、触媒暖機制御処理が終了したら、処理は当該フローを抜ける。

図６は、図５に示したフローチャートのステップＳ１２における初期設定制御処理を示すフローチャートである。この初期設定制御処理も、ＥＣＵ２０が行う。

まず、ステップＳ２１では、ＥＣＵ２０は、内燃機関６における点火時期を燃焼限界点火時期Ｂに設定する。こうするのは、内燃機関６の失火を抑制するためである。そして、処理はステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃになるように、スロットル開度を設定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、目標回転数Ｃが得られるスロットル開度に固定する。こうするのは、ターボ過給機４による過給に起因する内燃機関６の回転数の変化、即ち過給に起因する回転数の変化を純粋に観察するためである。そして、処理はステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３では、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ１０を閉じる。こうするのは、ターボ過給機４の上流における後燃えを確保することによって、ＨＣの発生を抑制するためである。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

図７は、図５に示したフローチャートのステップＳ１３における触媒暖機制御処理を示すフローチャートである。この触媒暖機制御処理も、ＥＣＵ２０が行う。なお、触媒暖機制御処理は、前述した点火時期制御に係る処理（点火時期制御処理）とウエストゲートバルブ制御に係る処理（ウエストゲートバルブ制御処理）から構成される。

まず、ステップＳ３１では、ＥＣＵ２０は、点火時期制御処理を実行する。この点火時期制御処理が終了したら、処理はステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ制御処理を実行する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

図８は、図７に示したフローチャートのステップＳ３１における点火時期制御処理を示すフローチャートである。点火時期制御処理では、主に、点火時期を触媒要求点火時期Ａまで遅角させる処理と、ターボ過給機４の故障を診断する処理が行われる。この点火時期制御処理も、ＥＣＵ２０が行う。

まず、ステップＳ４１では、ＥＣＵ２０は、点火時期制御処理の実行開始から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。詳しくは、ステップＳ４１では、点火時期制御処理の実行開始から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定することによって、ターボ過給機４の故障診断を行っている。点火時期制御処理の実行開始からの経過時間を判定することによって、ターボ過給機４の故障が診断可能となる理由は、以下の通りである。

点火時期制御処理の実行時には内燃機関６が十分に暖機しているため、排気ガスの熱がターボ過給機４に供給されることによって、過給により内燃機関６の回転数が上昇する。そのため、ＥＣＵ２０は、このような内燃機関６の回転数の上昇が抑制されるように点火時期を制御する（後述するステップＳ４２及びステップＳ４３の処理）。しかしながら、このような処理を所定時間Ｔ１行っても、点火時期が触媒要求点火時期Ａにならない場合には、内燃機関６の回転数が概ね変化していない、即ちターボ過給機４による過給が行われていないといえる。この場合、ターボ過給機４が故障している可能性が高い。以上により、点火時期制御処理の実行開始から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定することによって、ターボ過給機４の故障の診断を行うことができる。

点火時期制御処理の実行開始から所定時間Ｔ１が経過している場合（ステップＳ４１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、ＥＣＵ２０は、ターボ過給機４が故障している（ターボ故障）と判定する。そして、処理はステップＳ４３に進む。

ステップＳ４３では、ＥＣＵ２０は、スロットル開度を補正する。具体的には、ＥＣＵ２０は、過給圧に対応するだけの吸気が供給されるようにスロットル開度を大きくする。即ち、ＥＣＵ２０は、過給圧に対応するだけスロットル開度を補正する。これにより、内燃機関６の回転数を上昇させて、このような上昇を抑えるように点火時期の制御を行うことにより、点火時期を触媒要求点火時期Ａまで遅角させることが可能となる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ４４に進む。

一方、点火時期制御の実行開始から所定時間Ｔ１が経過していない場合（ステップＳ４１；Ｎｏ）には、処理はステップＳ４４に進む。

ステップＳ４４では、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃであるか否かを判定する。回転数が目標回転数Ｃである場合（ステップＳ４４；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ４６に進み、回転数が目標回転数Ｃではない場合（ステップＳ４４；Ｎｏ）には、処理はステップＳ４５に進む。

ステップＳ４５では、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃではないため、回転数が目標回転数Ｃになるように点火時期を制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、回転数が目標回転数Ｃよりも大きい場合には点火時期を遅角させ、逆に、回転数が目標回転数Ｃよりも小さい場合には点火時期を進角させる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ４１に戻り、点火時期制御処理の開始から所定時間Ｔ１が経過したか否かの判定を再度行う。

ステップＳ４６では、ＥＣＵ２０は、点火時期が触媒要求点火時期Ａであるか否かを判定する。点火時期が触媒要求点火時期Ａである場合には、触媒１１を効果的に昇温させるためにウエストゲートバルブ１０を閉から開にしてもＨＣの発生量が少ないため、ウエストゲートバルブ１０を開にして効果的に触媒暖機を行うことができるからである。したがって、点火時期が触媒要求点火時期Ａである場合（ステップＳ４６；Ｙｅｓ）には、処理は当該フローを抜ける。この場合には、点火時期を触媒要求点火時期Ａに固定して、後述するウエストゲートバルブ制御に係る処理（ウエストゲートバルブ制御処理）を実行する。一方、点火時期が触媒要求点火時期Ａではない場合（ステップＳ４６；Ｎｏ）には、処理はステップＳ４１に戻り、当該処理の開始から所定時間Ｔ１が経過したか否かの判定を再度行う。

図９は、上記の点火時期制御処理を行ったときの車両内の状態の具体例を示す図である。図９（ａ）〜図９（ｆ）は、ターボ過給機４が正常であるときのグラフを示し、図９（ｇ）〜図９（ｌ）は、ターボ過給機４が故障しているときのグラフを示している。図９（ａ）、図９（ｇ）は内燃機関６の回転数を示し、図９（ｂ）、図９（ｈ）は点火時期を示し、図９（ｃ）、図９（ｉ）はウエストゲートバルブ１０の開度を示し、図９（ｄ）、図９（ｊ）は排気ガスの温度（排気温度）を示し、図９（ｅ）、図９（ｋ）はスロットル開度を示し、図９（ｆ）、図９（ｌ）は吸気管圧力を示している。また、図９は、それぞれ横軸に時間を示している。

ターボ過給機４が正常である場合には、図９（ｂ）中の矢印５１で示すように、所定時間Ｔ１が経過する前に点火時期が触媒要求点火時期Ａになっていることがわかる。一方、ターボ過給機４が故障している場合には、図９（ｈ）中の矢印５２で示すように、所定時間Ｔ１が経過したときに点火時期が触媒要求点火時期Ａになっていないことがわかる。この場合には、ＥＣＵ２０は、図９（ｋ）中の矢印５３で示すように、ターボ過給機４による過給圧に対応するだけスロットル開度を補正する。これにより、図９（ｈ）中の矢印５４で示すように、点火時期は触媒要求点火時期Ａまで遅角していく。

次に、点火時期制御処理の後に行われるウエストゲートバルブ制御処理について、図１０を用いて説明する。

図１０は、図７に示したフローチャートのステップＳ３２におけるウエストゲートバルブ制御処理を示すフローチャートである。ウエストゲートバルブ制御処理では、主に、ウエストゲートバルブ１０の開度を制御する処理と、ウエストゲートバルブ１０の故障を診断する処理が行われる。なお、この処理も、ＥＣＵ２０が行う。

まず、ステップＳ５１では、ＥＣＵ２０は、ターボ過給機４が正常であるか否かを判定する。ターボ過給機４が正常である場合（ステップＳ５１；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ５３に進み、ターボ過給機４が故障している場合（ステップＳ５１；Ｎｏ）には、処理はステップＳ５２に進む。

ステップＳ５２では、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ１０を全開にする。この場合には、ターボ過給機４が故障しているため、過給圧を一定にするためにウエストゲートバルブ１０の開度を制御する必要はない。よって、ＥＣＵ２０は、排気ガスの熱を効果的に触媒１１に供給するために、ウエストゲートバルブ１０を全開にする。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

ステップＳ５３では、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃであるか否かを判定する。後述するステップＳ５４及びステップＳ５５などの処理で、回転数を目標回転数Ｃに維持するためのウエストゲートバルブ１０の制御が繰り返し行われる。ステップＳ５３では、このような処理の結果、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃになったか否かを判定している。回転数が目標回転数Ｃである場合（ステップＳ５３；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ５８に進み、回転数が目標回転数Ｃでない場合（ステップＳ５３；Ｎｏ）には、処理はステップＳ５４に進む。

ステップＳ５４では、ＥＣＵ２０は、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃを超えた時間が所定時間Ｔ２以上であるか否かを判定する。詳しくは、ステップＳ５４では、目標回転数Ｃを超えた時間が所定時間Ｔ２以上であるか否かを判定することによって、ウエストゲートバルブ１０の故障診断を行っている。ステップＳ５４での判定を行うことによって、ウエストゲートバルブ１０の故障が診断可能となる理由は以下の通りである。ウエストゲートバルブ１０が故障している場合には、ウエストゲートバルブ１０が開にならないため、排気ガスのほとんどがターボ過給機４に供給されるので、内燃機関６が過給されて回転数が上昇する。したがって、回転数が目標回転数Ｃを超えた時間が所定時間Ｔ２以上であるか否かを判定することによって、ウエストゲートバルブ１０の故障診断を行うことができる。

目標回転数Ｃを超えた時間が所定時間Ｔ２以上である場合（ステップＳ５４；Ｙｅｓ）には、ウエストゲートバルブ１０が故障している。この場合は、処理はステップＳ５６に進む。ステップＳ５６では、ウエストゲートバルブ１０が故障しているため、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ１０が故障している（Ｗ／Ｇ故障）と判定する。そして、処理はステップＳ５７に進む。ステップＳ５７では、ＥＣＵ２０は、スロットル開度を補正する。この場合、ＥＣＵ２０は、スロットル開度を補正することによって、内燃機関６の回転数の上昇を抑制する。具体的には、ＥＣＵ２０は、スロットル開度を小さくする。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ５８に進む。

一方、目標回転数Ｃを超えた時間が所定時間Ｔ２未満である場合（ステップＳ５４；Ｎｏ）には、ウエストゲートバルブ１０は正常である。この場合には、処理はステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ１０の制御を行う。この場合には、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃに一致しないため、ＥＣＵ２０は、回転数が目標回転数Ｃとなるようにウエストゲートバルブ１０の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、回転数が目標回転数Ｃよりも大きい場合にはウエストゲートバルブ１０を開き、逆に、回転数が目標回転数Ｃよりも小さい場合にはウエストゲートバルブ１０を閉じる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ５３に戻り、回転数が目標回転数Ｃであるか否かの判定を再度行う。

ステップＳ５８では、ＥＣＵ２０は、回転数が目標回転数Ｃに所定時間Ｔ３以上収束したか否かを判定する。回転数が目標回転数Ｃに所定時間Ｔ３以上収束している場合（ステップＳ５８；Ｙｅｓ）には、現在のウエストゲートバルブ１０の開度又はスロットル開度に設定することによって、内燃機関６を確実に目標回転数Ｃに維持することができる。したがって、これ以上、ウエストゲートバルブ１０の開度を変更する必要はない。この場合には、処理はステップＳ５９に進む。一方、回転数が目標回転数Ｃに所定時間Ｔ３以上収束していない場合（ステップＳ５８；Ｎｏ）には、処理はステップＳ５３に戻り、前述した処理を再度行う。

ステップＳ５９では、ＥＣＵ２０は、触媒暖機が終了したか否かを判定する。即ち、触媒１１が活性温度まで達したか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、触媒暖機制御処理又はウエストゲートバルブ制御処理の開始からの積算吸気量などに基づいて、触媒暖機の終了の判定を行う。例えば、ＥＣＵ２０は、積算吸気量を用いて表されたマップに基づいて判定を行う。触媒暖機が終了している場合（ステップＳ５９；Ｙｅｓ）には、処理はステップＳ６０に進み、触媒暖機が終了していない場合（ステップＳ５９；Ｎｏ）には、ステップＳ５９に戻って再度処理を行う。

ステップＳ６０では、ＥＣＵ２０は、触媒暖機制御のための設定を解除して、通常のアイドル状態に戻す。例えば、ＥＣＵ２０は、ウエストゲートバルブ１０を開から閉にし、触媒要求点火時期Ａへの点火時期の固定を解除する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

図１１は、上記のウエストゲートバルブ制御処理を行ったときの車両内の状態の具体例を示す図である。図１１（ａ）〜図１１（ｆ）は、ウエストゲートバルブ１０が正常であるときのグラフを示し、図１１（ｇ）〜図１１（ｌ）は、ウエストゲートバルブ１０が故障しているときのグラフを示している。図１１（ａ）、図１１（ｇ）は内燃機関６の回転数を示し、図１１（ｂ）、図１１（ｈ）は点火時期を示し、図１１（ｃ）、図１１（ｉ）はウエストゲートバルブ１０の開度を示し、図１１（ｄ）、図１１（ｊ）は排気ガスの温度（排気温度）を示し、図１１（ｅ）、図１１（ｋ）はスロットル開度を示し、図１１（ｆ）、図１１（ｌ）は吸気管圧力を示している。また、図１１は、それぞれ横軸に時間を示している。

ウエストゲートバルブ１０が正常である場合には、図１１（ｃ）中の矢印６１で示すようにウエストゲートバルブ１０を制御することにより、図１１（ａ）中の矢印６２で示すように内燃機関６の回転数は概ね目標回転数Ｃに維持されている。具体的には、回転数を目標回転数Ｃに維持するためにウエストゲートバルブ１０を制御することにより、ウエストゲートバルブ１０は徐々に開いている。なお、この場合には、所定時間Ｔ２以上、内燃機関６の回転数が目標回転数Ｃを超えていない。

一方、ウエストゲートバルブ１０が故障している場合には、図１１（ｉ）中の矢印６３で示すようにウエストゲートバルブ１０を制御しても、図１１（ｇ）中の矢印６４で示すように回転数が目標回転数Ｃに維持されていない。この場合、回転数が目標回転数Ｃを超えた時間が所定時間Ｔ２以上となっている。即ち、図１１（ｉ）中の矢印６３で示すようにウエストゲートバルブ１０を制御しているが、実際にはウエストゲートバルブ１０は故障しており、動作していない。このようにウエストゲートバルブ１０が故障していると判定されたときには、ＥＣＵ２０は、スロットル開度を補正する。具体的には、ＥＣＵ２０は、図１１（ｋ）中の矢印６５で示すように、スロットル開度を小さくする。これにより、図１１（ｇ）中の矢印６６で示すように、目標回転数Ｃに向かって内燃機関６の回転数は減少していく。

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用された車両の概略構成を示す模式図である。 ウエストゲートバルブを開／閉に設定したときの、点火時期とＨＣの量との関係を示す図である。 ピストンの未暖機時／暖機後における、点火時期と失火回数との関係を示す図である。 触媒暖機制御方法を説明するための図である。 触媒暖機制御を行う全体処理を示すフローチャートである。 初期設定制御処理を示すフローチャートである。 触媒暖機制御処理を示すフローチャートである。 点火時期制御処理を示すフローチャートである。 点火時期制御処理を行ったときの状態の具体例を示す図である。 ウエストゲートバルブ制御処理を示すフローチャートである。 ウエストゲートバルブ制御処理を行ったときの状態の具体例を示す図である。

符号の説明

３ 吸気通路
４ ターボ過給機
５ スロットルバルブ
６ 内燃機関
９ バイパス通路
１０ ウエストゲートバルブ
１１ 触媒
１５ 水温センサ
２０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 内燃機関における点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   ターボ過給機の上流側の排気通路と前記ターボ過給機の下流側の排気通路とをバイパスさせるバイパス通路上に設けられた、ウエストゲートバルブの開度を制御するウエストゲートバルブ制御手段と、を有し、
   前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記点火時期を第１の点火時期に設定する制御を行い、
   前記ウエストゲートバルブ制御手段は、
   前記点火時期が前記第１の点火時期よりも遅角していないときには、前記ウエストゲートバルブを閉に設定し、
   前記点火時期が前記第１の点火時期に設定されているときには、前記内燃機関の回転数が前記目標回転数に維持されるように、前記ウエストゲートバルブの開度を制御すること特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記点火時期制御手段は、前記内燃機関の回転数が前記目標回転数に維持されるように、前記内燃機関が失火しない限界まで遅角させた第２の点火時期から、前記点火時期の制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記第１の点火時期に設定するための前記点火時期の制御を第１の所定時間行ったときに、当該点火時期が前記第１の点火時期に設定されていない場合には、前記ターボ過給機が故障していると診断するターボ過給機診断手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ウエストゲートバルブの開度の制御を行ったときに、前記内燃機関の回転数が前記目標回転数を超えた時間が第２の所定時間以上となった場合には、前記ウエストゲートバルブが故障していると診断するウエストゲートバルブ診断手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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