JP2008019792A - 内燃機関の触媒早期暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒早期暖機制御中のエミッションを低減しながら触媒早期暖機性能を向上させる。
【解決手段】触媒早期暖機制御を触媒暖機の進み具合に応じて３段階に分け、触媒早期暖機制御の初期には、触媒温度が低く、酸化反応がほとんど発生しないため、内燃機関の燃焼温度が最も高くなるように空燃比をストイキ付近に制御する第１段階の暖機制御を行うことで、触媒を高温の排出ガスにより暖機する。その後、触媒が排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始める程度まで暖機された頃に、空燃比を弱リーンに制御する第２段階の暖機制御に切り換える。これにより、触媒内で排出ガス中のリッチ成分を酸化反応させて、その反応熱で触媒を暖機する。その後、触媒が半暖機状態になる頃に、第３段階の暖機制御に切り換えて、空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を行い、触媒が完全暖機状態になるまで暖機する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機する内燃機関の触媒早期暖機制御装置に関する発明である。

近年、内燃機関を搭載した車両は、内燃機関の排出ガスを浄化するために三元触媒等の触媒が設けられているが、内燃機関の始動後に触媒が活性温度に暖機されるまでは触媒の排出ガス浄化率が低いため、内燃機関の始動後に触媒が活性温度に暖機されるまで触媒早期暖機制御を実行して触媒を短時間で暖機するようにしている。

従来の触媒早期暖機制御は、例えば、特許文献１（特開２００２−２３５５９２号公報）、特許文献２（特開２０００−２５７４７９号公報）に記載されているように、触媒早期暖機制御中に空燃比を理論空燃比よりも若干稀薄空燃比（弱リーン）となるように制御して、触媒内部で排出ガス中のリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ等）の酸化反応を促進させ、その反応熱で触媒の昇温を促進させるようにしたものがある。

或は、特許文献３（特開平９−８８５６４号公報）に記載されているように、触媒早期暖機制御中に空燃比をリッチとリーンに交互に変化させるディザ制御を行うことで、エンジンからＨＣ，ＣＯの濃度が高いリッチガスとＯ₂ 濃度が高いリーンガスとを交互に排出して、触媒内でリッチガスとリーンガスを混合させてリッチ成分の酸化反応を発生させ、その反応熱で触媒を内部から効率良く暖機するようにしたものがある。
特開２００２−２３５５９２号公報（第５頁〜第６頁等） 特開２０００−２５７４７９号公報（第２頁等） 特開平９−８８５６４号公報（第１頁等）

しかし、上記特許文献１，２のように、触媒早期暖機制御中に空燃比を弱リーンに制御すると、排出ガス中のＯ₂ 濃度が高くなる反面、酸化反応に必要なリッチ成分（ＨＣ，ＣＯ等）が少なくなるため、その分、触媒の暖機に必要な酸化反応の反応熱も少なくなって触媒暖機効果が小さくなるという欠点がある。

これに対して、上記特許文献３のように、触媒早期暖機制御中に空燃比をリッチとリーンに交互に変化させるディザ制御を行うと、上記弱リーン制御と比べて、触媒に供給するリッチ成分量を十分に確保できるが、そもそも、触媒早期暖機制御中は、触媒の温度が活性温度よりも低く、暖機後（活性後）と比べて酸化反応性（活性度合）が低くなっているため、触媒の温度が低いディザ制御の初期にリッチ成分の一部がそのまま触媒内を通過して排出される“リッチ成分のすり抜け”が発生して、エミッションが増加する懸念がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、触媒早期暖機制御中のエミッションを低減しながら触媒を従来より早期に暖機することができ、触媒早期暖機制御中のエミッション低減と触媒早期暖機性能向上とを両立させることができる内燃機関の触媒早期暖機制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、触媒早期暖機制御の初期に内燃機関の燃焼温度が高くなるように空燃比を制御する第１段階の暖機制御と、この第１段階の暖機制御により触媒が排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始めてから半暖機状態になるまでの期間に触媒の酸化反応を促進させるように空燃比を弱リーンに制御する第２段階の暖機制御と、触媒が半暖機状態から完全暖機状態になるまでの期間に空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を行う第３段階の暖機制御を行うようにしたものである。

要するに、本発明は、触媒早期暖機制御を触媒暖機の進み具合（酸化反応の発生レベル）に応じて３段階に分け、触媒早期暖機制御の初期には、触媒の温度が低く、酸化反応がほとんど発生しないため、内燃機関の燃焼温度が高くなるように空燃比を制御する第１段階の暖機制御を行うことで、エミッションの増加を抑えながら、触媒を高温の排出ガスにより暖機する。そして、この第１段階の暖機制御により触媒が排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始める程度まで暖機された頃に、第１段階の暖機制御から第２段階の暖機制御に切り換える。この第２段階では、まだ触媒の酸化反応の発生レベルが低レベルであるため、空燃比を弱リーンに制御することで、この第２段階の酸化反応促進レベルで酸化浄化可能な比較的少ないリッチ成分を触媒に供給して、触媒からのリッチ成分のすり抜け（エミッションの増加）を防止しながら、触媒内でリッチ成分を酸化反応させて、その反応熱で触媒を効率良く暖機する。そして、触媒が半暖機状態になる頃に、第２段階の暖機制御から第３段階の暖機制御に切り換える。この第３段階では、触媒の酸化反応の発生レベルがある程度高くなっていて、第２段階の時よりも触媒で酸化浄化可能なリッチ成分量が増加しているため、ディザ制御を行うことで、触媒に供給するリッチ成分量を増加させて、触媒内の酸化反応の反応熱を増大させ、その反応熱で触媒を完全暖機状態になるまで効率良く暖機する。これにより、触媒早期暖機制御中のエミッションを低減しながら触媒を従来より早期に暖機することができ、触媒早期暖機制御中のエミッション低減と触媒早期暖機性能向上とを両立させることが可能となる。

この場合、請求項２のように、触媒の温度を推定又は検出する触媒温度判定手段を備え、第１段階の暖機制御の実行中に前記触媒温度判定手段で推定又は検出した触媒温度が所定温度に達した時点で、触媒が排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始めたと判断して、第１段階の暖機制御から第２段階の暖機制御（弱リーン制御）に切り換えるようにすると良い。このようにすれば、第１段階の暖機制御により触媒が排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始める時期を確認して第２段階の暖機制御に切り換えることができるため、外気温や触媒の初期温度の影響を受けずに常に最適な時期に第２段階の暖機制御に切り換えることができる。

また、請求項３のように、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）の実行中に触媒温度判定手段で推定又は検出した触媒温度の上昇が飽和レベル付近に達した時点で、第２段階の暖機制御から第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換えるようにしても良い。このようにすれば、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）による暖機効果が少なくなってきた時点で、より暖機効果の大きい第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換えることができ、適正な時期に第３段階の暖機制御に切り換えることができる。

この場合、請求項４のように、触媒温度判定手段で推定又は検出した触媒温度の単位時間当たりの上昇量に基づいて触媒の温度の上昇が飽和レベル付近に達したか否かを判定するようにすれば良い。このようにすれば、触媒の温度の上昇が飽和レベル付近に達したか否かを精度良く判定することができる。

また、触媒が半暖機状態になると、触媒温度が排気温度よりも高くなることを考慮して、請求項５のように、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）の実行中に触媒温度判定手段で推定又は検出した触媒温度が排気温度判定手段で推定又は検出した排気温度よりも高くなった時点で、第２段階の暖機制御から第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換えるようにしても良い。このようにしても、適正な時期に第３段階の暖機制御に切り換えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した２つの実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図７に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１０によって開度調節されるスロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２２には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２５や、エンジン１１のクランク軸が一定クランク角（例えば３０℃Ａ）回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２６が取り付けられている。このクランク角センサ２６の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。

その際、ＥＣＵ２７は、後述する図２乃至図６に示す触媒早期暖機制御用の各プログラムを実行することで、エンジン始動から触媒２３の暖機が完了するまで触媒早期暖機制御を実行する。

本実施例１では、触媒早期暖機制御を触媒２３の暖機の進み具合に応じて３段階に分け、触媒早期暖機制御の初期には、触媒２３の温度が低く、触媒２３内でリッチ成分の酸化反応がほとんど発生しないため、エンジン１１の燃焼温度が最も高くなるように空燃比をストイキ付近（理論空燃比付近）に制御する第１段階の暖機制御を行うことで、エミッションの増加を抑えながら、触媒２３を高温の排出ガスにより暖機する。

この後、エンジン始動後の排気熱量積算値等に基づいて触媒温度Ｔを推定し、触媒温度Ｔが排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始める所定温度Ｔ1 に達した時点で、第１段階の暖機制御（ストイキ制御）から第２段階の暖機制御（弱リーン制御）に切り換える。この第２段階では、まだ触媒２３の酸化反応促進レベルが低レベルであるため、空燃比を弱リーンに制御することで、この第２段階の酸化反応促進レベルで酸化浄化可能な比較的少ないリッチ成分を触媒２３に供給して、触媒２３からのリッチ成分のすり抜け（エミッションの増加）を防止しながら、触媒２３内で排出ガス中のリッチ成分を酸化反応させて、その反応熱で触媒２３を効率良く暖機する。

その後、触媒温度の上昇が飽和レベル付近に達した時点で、触媒２３が半暖機状態になったと判断して、第２段階の暖機制御から第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換える。この第３段階では、触媒２３の酸化反応の促進レベルがある程度高くなっていて、第２段階の時よりも触媒２３で酸化浄化可能なリッチ成分量が増加しているため、空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を行うことで、触媒２６に供給するリッチ成分量を増加させて、触媒２３内の酸化反応の反応熱を増大させ、その反応熱で触媒２３を完全暖機状態になるまで効率良く暖機する。

以上説明した本実施例１の触媒早期暖機制御は、ＥＣＵ２７によって図２乃至図６に示す触媒早期暖機制御用の各ルーチンに従って実行される。以下、これら各ルーチンの処理内容を説明する。

［触媒早期暖機制御メインルーチン］
図２の触媒早期暖機制御メインルーチンは、イグニッションスイッチ（図示せず）のオン後（ＥＣＵ２７の電源投入後）に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう触媒早期暖機制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、アイドル運転中であるか否かを判定し、アイドル運転中でなければ、触媒早期暖機制御が禁止されている運転領域であるため、以降の触媒早期暖機制御に関する処理を行わずに、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、アイドル運転中であると判定されれば、ステップ１０２に進み、エンジン始動後の排気熱量積算値に基づいて始動後の触媒温度上昇量を推定して、この始動後の触媒温度上昇量を始動当初の触媒温度に加算して現時点の触媒温度Ｔを推定する。

Ｔ＝始動後の触媒温度上昇量＋（始動当初の触媒温度）
＝Ｋ×（始動後の排気熱量積算値）＋（始動当初の触媒温度）
＝Ｋ×∫（排気温度×排出ガス流量）ｄｔ＋（始動当初の触媒温度）

ここで、Ｋは、排気熱量による触媒温度Ｔの上昇量を算出するための係数である。排気温度は、排気管２２の触媒２３の上流側に設置した温度センサで実測しても良いし、エンジン運転条件から推定するようにしても良い。排出ガス流量は、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量から推定すれば良い。尚、始動後の排気熱量積算値の代わりに、始動後の燃料噴射量積算値又は始動後経過時間に基づいて始動後の触媒温度上昇量を推定するようにしても良い。また、始動当初の触媒温度は、水温センサ２５で検出した始動当初の冷却水温から推定しても良いし、冷却水温の他にエンジン停止時間や外気温等も考慮して始動当初の触媒温度を推定するようにしても良い。勿論、触媒温度Ｔを温度センサで実測するようにしても良い。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう触媒温度判定手段としての役割を果たす。

触媒温度Ｔの推定後、ステップ１０３に進み、現時点の触媒温度Ｔが予め適合された触媒暖機完了温度Ｔend 以下であるか否かを判定し、現時点の触媒温度Ｔが触媒暖機完了温度Ｔend を越えていれば、触媒２３の暖機が完了していると判断して、以降の触媒早期暖機制御に関する処理を行わずに、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ１０３で、現時点の触媒温度Ｔが触媒暖機完了温度Ｔend 以下であると判定されれば、触媒早期暖機制御実行条件が成立して、ステップ１０４に進み、現時点の触媒温度Ｔが排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始める所定温度Ｔ1 以下であるか否かを判定し、現時点の触媒温度Ｔが当該所定温度Ｔ1 以下であれば、ステップ１０６に進み、後述する図３の第１段階の暖機制御ルーチンを実行して、エンジン１１の燃焼温度が最も高くなるように空燃比をストイキ付近に制御する第１段階の暖機制御を行う。この際、点火時期と空燃比に応じて目標スロットル開度をマップ等により設定してスロットル開度を制御する（ステップ１０９）。

この第１段階の暖機制御により、触媒温度Ｔが排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始める所定温度Ｔ1 を越えると、その時点で、上記ステップ１０４で「Ｎｏ」と判定されてステップ１０５に進み、触媒温度Ｔの単位時間当たりの上昇量ΔＴが所定値ΔＴend 以上であるか否かによって、触媒温度Ｔの上昇がまだ飽和レベル付近に達していないか否かを判定する。

このステップ１０５で、触媒温度Ｔの単位時間当たりの上昇量ΔＴが所定値ΔＴend 以上であると判定されれば、触媒温度Ｔの上昇がまだ飽和レベル付近に達していないと判断して、ステップ１０７に進み、後述する図４の第２段階の暖機制御ルーチンを実行して、空燃比を弱リーンに制御することで、この第２段階の酸化反応促進レベルで酸化浄化可能な比較的少ないリッチ成分を触媒２３に供給して、触媒２３からのリッチ成分のすり抜け（エミッションの増加）を防止しながら、触媒２３内で排出ガス中のリッチ成分を酸化反応させて、その反応熱で触媒２３を効率良く暖機する。この第２段階の暖機制御でも、点火時期と空燃比に応じて目標スロットル開度をマップ等により設定してスロットル開度を制御する（ステップ１０９）。

この第２段階の暖機制御の実行中に、触媒温度Ｔの単位時間当たりの上昇量ΔＴが所定値ΔＴend より小さくなった時点で、上記ステップ１０５で「Ｎｏ」と判定される。これにより、触媒温度Ｔの上昇が飽和レベル付近に達したと判断して（触媒２３が半暖機状態になったと判断して）、ステップ１０８に進み、後述する図６の第３段階の暖機制御ルーチンを実行して、空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を行うことで、触媒２６に供給するリッチ成分量を増加させて、触媒２３内の酸化反応の反応熱を増大させ、その反応熱で触媒２３を完全暖機状態になるまで効率良く暖機する。このようにすれば、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）による暖機効果が少なくなってきた時点で、より暖機効果の大きい第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換えることができ、適正な時期に第３段階の暖機制御に切り換えることができる。

その後、触媒温度Ｔが触媒暖機完了温度Ｔend を越えて触媒２３が完全暖機状態になった時点で、ステップ１０３で「Ｎｏ」と判定される。これにより、第３段階の暖機制御（ディザ制御）を終了して通常の制御に復帰する。

［第１段階の暖機制御ルーチン］
図３の第１段階の暖機制御ルーチンは、図２の触媒早期暖機制御メインルーチンのステップ１０６で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、水温センサ２５の出力を読み込んで現時点の冷却水温を検出し、次のステップ２０２で、冷却水温が触媒早期暖機制御の実行温度領域（例えば−１０℃以上）であるか否かを判定し、触媒早期暖機制御が禁止される極低温度領域（例えば−１０℃以下）であれば、ステップ２０４に進み、目標空燃比を極低温度領域でも燃焼性を確保できるようにリッチ空燃比に設定する。

これに対して、上記ステップ２０２で、冷却水温が触媒早期暖機制御の実行温度領域（例えば−１０℃以上）であると判定されれば、ステップ２０３に進み、第１段階の暖機制御期間中にエンジン１１の燃焼温度が最も高くなるように目標空燃比をストイキＴＡＦ1 に設定する。

［第２段階の暖機制御ルーチン］
図４の第２段階の暖機制御ルーチンは、図２の触媒早期暖機制御メインルーチンのステップ１０７で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、水温センサ２５の出力を読み込んで現時点の冷却水温を検出し、次のステップ３０２で、始動後の経過時間をタイマカウンタ等によりカウントする。

この後、ステップ３０３に進み、冷却水温と始動後経過時間をパラメータとする図５の目標空燃比マップを参照して、現時点の冷却水温と始動後経過時間に応じて第２段階の暖機制御の目標空燃比ＴＡＦ2 を弱リーンに設定する。この際、始動後経過時間が長くなるほど、また、冷却水温が高くなるほど、触媒２３の暖機が促進されることを考慮して、図５の目標空燃比マップは、始動後経過時間が長くなるほど、また、冷却水温が高くなるほど、リーン度合が強くなるように設定されている。尚、制御ロジックを簡単化するために、目標空燃比ＴＡＦ2 を予め決められた一定の弱リーンに設定するようにしても良い。

目標空燃比ＴＡＦ2 の設定後、ステップ３０４に進み、第１段階の暖機制御の目標空燃比ＴＡＦ1 （ストイキ）から第２段階の暖機制御の目標空燃比ＴＡＦ2 （弱リーン）への空燃比変化量ΔＴＡＦ12を算出する。
ΔＴＡＦ12＝ＴＡＦ2 −ＴＡＦ1

この後、ステップ３０５に進み、第１段階の暖機制御の目標空燃比ＴＡＦ1 （ストイキ）から第２段階の暖機制御の目標空燃比ＴＡＦ2 （弱リーン）へ徐変させるように目標空燃比ＴＡＦ12を設定する。
ＴＡＦ12＝ΔＴＡＦ12×Ｇ＋ＴＡＦ1
上式において、Ｇは徐変係数であり、例えば次式により設定される。
Ｇ＝徐変開始後経過時間／所定時間

これにより、第１段階の暖機制御の目標空燃比ＴＡＦ1 （ストイキ）から第２段階の暖機制御の目標空燃比ＴＡＦ2 （弱リーン）へ切り換える際に、目標空燃比ＴＡＦ12をＴＡＦ1 （ストイキ）からＴＡＦ2 （弱リーン）へ徐々に変化させ、所定時間が経過した時点で、目標空燃比ＴＡＦ12が図５のマップ値ＴＡＦ2 に達して徐変が終了する（ステップ３０６）。その後は、目標空燃比ＴＡＦ12が図５のマップ値ＴＡＦ2 に維持される。

［第３段階の暖機制御ルーチン］
図６の第３段階の暖機制御ルーチンは、図２の触媒早期暖機制御メインルーチンのステップ１０８で実行されるサブルーチンであり、次のようにして、空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を実行する。まず、ステップ４０１で、前回のリッチ／リーンの反転タイミングから所定時間（リッチ／リーンを反転させるまでの設定時間）が経過したか否かを判定し、まだ所定時間が経過していなければ、そのまま本ルーチンを終了する。

そして、前回のリッチ／リーンの反転タイミングから所定時間が経過した時点で、ステップ４０２に進み、前回の目標空燃比ＴＡＦ3 がリッチであるか否かを判定し、前回の目標空燃比ＴＡＦ3 がリッチであれば、ステップ４０３に進み、今回の目標空燃比ＴＡＦ3 をリーンに反転し、前回の目標空燃比ＴＡＦ3 がリーンであれば、ステップ４０４に進み、今回の目標空燃比ＴＡＦ3 をリッチに反転する。この際、リッチ／リーンの反転は、ストイキ（空燃比＝１４．７）を中心にして±所定％相当値で設定すれば良い。

尚、このディザ制御は、気筒毎に空燃比を交互にリッチ／リーンに反転させるようにしても良いし、或は、１サイクル毎（又は所定サイクル毎）に空燃比を交互にリッチ／リーンに反転させるようにしても良い。

以上説明した本実施例１の触媒早期暖機制御の暖機効果を図７を用いて説明する。
図７には、本実施例１の触媒早期暖機制御の挙動を実線で示し、弱リーン制御のみで触媒２３を暖機する比較例を破線で示している。

本実施例１では、触媒早期暖機制御を触媒２３の暖機の進み具合に応じて３段階に分け、触媒早期暖機制御の初期には、触媒２３の温度が低く、触媒２３内でリッチ成分の酸化反応がほとんど発生しないため、エンジン１１の燃焼温度が最も高くなるように空燃比をストイキ付近（理論空燃比付近）に制御する第１段階の暖機制御を行うことで、触媒２３を高温の排出ガスにより効率良く暖機する。これにより、触媒早期暖機制御の初期の暖機効果を比較例（弱リーン制御のみ）と比較して高めることができる。

この後、触媒温度が排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始める所定温度Ｔ1 に達した時点で、第１段階の暖機制御（ストイキ制御）から第２段階の暖機制御（弱リーン制御）に切り換える。この第２段階の暖機制御期間中は、比較例と同じく、弱リーン制御を行うため、第２段階の暖機制御期間中の触媒温度の上昇量は比較例とほぼ同じであるが、第２段階の暖機制御開始時の触媒温度が比較例よりも高いため、第２段階の暖機制御終了時の触媒温度も比較例よりも高くなり、その分、第２段階の暖機制御期間中の浄化率も比較例よりも高くなる。

その後、触媒温度の上昇が飽和レベル付近に達した時点で、触媒２３が半暖機状態になったと判断して、第２段階の暖機制御から第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換える。この第３段階では、触媒２３の酸化反応の促進レベルがある程度高くなっていて、第２段階の時よりも触媒２３で酸化浄化可能なリッチ成分量が増加しているため、空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を行うことで、触媒２６に供給するリッチ成分量を増加させて、触媒２３内の酸化反応の反応熱を増大させ、その反応熱で触媒２３を完全暖機状態になるまで効率良く暖機する。

これにより、本実施例１の触媒早期暖機制御では、比較例（弱リーン制御のみ）と比較して、触媒早期暖機性能と浄化率の両方を向上させることができる。

上記実施例１では、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）の実行中に、触媒温度Ｔの単位時間当たりの上昇量ΔＴが所定値ΔＴend より小さくなった時点で、触媒温度Ｔの上昇が飽和レベル付近に達したと判断して第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換えるようにしたが、図８に示す本発明の実施例２では、触媒２３が半暖機状態になると、触媒温度Ｔが排気温度Ｔexよりも高くなることを考慮して、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）の実行中に、触媒温度Ｔが排気温度Ｔexよりも高くなった時点で、第２段階の暖機制御から第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換えるようにしている。

図８の触媒早期暖機制御メインルーチンは、前記実施例１で説明した図２の触媒早期暖機制御メインルーチンのステップ１０２の後に排気温度Ｔexを推定する処理（ステップ１０２ａ）を追加すると共に、図２のステップ１０５の処理をステップ１０５ａに変更しただけであり、その他の各ステップの処理は同じである。

図８の触媒早期暖機制御メインルーチンでは、実施例１と同様の方法で触媒温度Ｔを推定し（ステップ１０２）、次のステップ１０２ａで、点火時期と始動後の排出ガス流量積算値に基づいて始動後の排気温度上昇量をマップ又は数式により推定し、始動後の排気温度上昇量を始動時冷却水温（又は外気温）に加算して排気温度Ｔexを推定する。
Ｔex＝始動時冷却水温（又は外気温）＋Ｆ（点火時期，排出ガス流量積算値）

上式において、始動時冷却水温（又は外気温）は、排気温度Ｔexの初期値として用いられる。尚、排気温度Ｔexは、排気管２２の触媒２３の上流側に設置した温度センサで実測しても良い。このステップ１０２ａの処理が特許請求の範囲でいう排気温度判定手段としての役割を果たす。

そして、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）の実行中に、ステップ１０５ａで、触媒温度Ｔが排気温度Ｔex以下であるか否かを判定し、触媒温度Ｔが排気温度Ｔexを越えるまで、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）を継続する。その後、触媒温度Ｔが排気温度Ｔexを越えた時点で、ステップ１０８に進み、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）から第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換える。このようにすれば、第２段階の暖機制御（弱リーン制御）による暖機効果が少なくなってきた時点で、より暖機効果の大きい第３段階の暖機制御（ディザ制御）に切り換えることができ、適正な時期に第３段階の暖機制御に切り換えることができる。

以上説明した本実施例２においても、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。 尚、本発明は、排気管に１つの触媒を設けたシステムに限定されず、排気管に複数の触媒を設けたシステムに適用しても良い。

その他、本発明は、図１のような吸気ポート噴射エンジンに限定されず、筒内噴射エンジンにも適用して実施できる等、種々変更して実施できる。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 実施例１の触媒早期暖機制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の第１段階の暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の第２段階の暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 第２段階の暖機制御の実行中に冷却水温と始動後経過時間に応じて目標空燃比ＴＡＦ2 を弱リーンに設定するマップの一例を説明する図である。 実施例１の第３段階の暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１と比較例の触媒早期暖機制御の効果の相違を説明するタイムチャートである。 実施例２の触媒早期暖機制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管、２３…触媒、２７…ＥＣＵ（触媒早期暖機制御手段，触媒温度判定手段，排気温度判定手段）

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設置した排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機する触媒早期暖機制御を実行する触媒早期暖機制御手段を備えた内燃機関の触媒早期暖機制御装置において、 前記触媒早期暖機制御手段は、前記触媒早期暖機制御の初期に内燃機関の燃焼温度が高くなるように空燃比を制御する第１段階の暖機制御と、この第１段階の暖機制御により前記触媒が排出ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始めてから半暖機状態になるまでの期間に前記触媒の酸化反応を促進させるように空燃比を弱リーンに制御する第２段階の暖機制御と、前記触媒が半暖機状態から完全暖機状態になるまでの期間に空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を行う第３段階の暖機制御を行うことを特徴とする内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
2. 前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度判定手段を備え、
   前記触媒早期暖機制御手段は、前記第１段階の暖機制御の実行中に前記触媒温度判定手段で推定又は検出した触媒温度が所定温度に達した時点で、前記第１段階の暖機制御から前記第２段階の暖機制御に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
3. 前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度判定手段を備え、
   前記触媒早期暖機制御手段は、前記第２段階の暖機制御の実行中に前記触媒温度判定手段で推定又は検出した触媒温度の上昇が飽和レベル付近に達した時点で、前記第２段階の暖機制御から前記第３段階の暖機制御に切り換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触媒早期暖機制御装置。
4. 前記触媒早期暖機制御手段は、前記触媒温度判定手段で推定又は検出した触媒温度の単位時間当たりの上昇量に基づいて前記触媒の温度の上昇が飽和レベル付近に達したか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の触媒早期暖機制御装置。
5. 前記触媒の温度を推定又は検出する触媒温度判定手段と、
   排気温度を推定又は検出する排気温度判定手段とを備え、
   前記触媒早期暖機制御手段は、前記第２段階の暖機制御の実行中に前記触媒温度判定手段で推定又は検出した触媒温度が前記排気温度判定手段で推定又は検出した排気温度よりも高くなった時点で、前記第２段階の暖機制御から前記第３段階の暖機制御に切り換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触媒早期暖機制御装置。

Images