JP2010185433A - 内燃機関の触媒暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の触媒暖機制御装置に関し、ホット再始動時においても触媒暖機制御を適切に実行することを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の触媒暖機制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、内燃機関の始動時の触媒温度を取得する始動時触媒温度取得手段と、内燃機関の始動時の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、取得された始動時の触媒温度に基づいて、触媒暖機制御を実行する必要があるか否かを判定する暖機要求判定手段と、触媒暖機制御が実行される場合に、始動時の冷却水温に基づいて、触媒暖機制御における内燃機関の制御パラメータを修整する制御パラメータ修整手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の触媒暖機制御装置に関する。

内燃機関の排気ガスを浄化する触媒が良好な浄化性能を発揮するためには、触媒が活性温度以上に暖められていることが必要である。従って、エミッションを低減する上では、エンジン始動後に触媒温度をなるべく早く活性温度以上まで上昇させることが重要である。そこで、エンジン始動後に、触媒を早く活性化させるための触媒暖機制御を行う技術が従来から知られている。

例えば、特開２００４−１１６３１０号公報には、触媒温度が活性温度以下であった場合に、点火時期を遅角する触媒暖機制御（触媒活性化制御）を行う装置が開示されている（同公報の図１０参照）。

特開平８−２８４６５１号公報 特開２００４−１１６３１０号公報 特許第３９７５７２６号公報 特許第３０８７２９８号公報 特許第３０７７４１８号公報

上述した特開２００４−１１６３１０号公報に開示された装置では、触媒に取り付けられた触媒温センサによって触媒温度を検出している（同公報の図９および段落００４３〜００４５参照）。しかしながら、触媒は極めて高温となるため、性能やコスト面で満足のできる触媒温センサは未だ実用化されていない。このため、従来は、エンジン冷却水温が触媒の暖機状態を表しているものとみなして、冷却水温に基づいて、触媒暖機制御を実行するかどうかを判定するのが普通である。以下、図１４を参照して、更に説明する。

図１４の左側のグラフは、冷間始動時、つまりエンジンが長時間停止していた場合の始動時における触媒温度および冷却水温の変化を示している。エンジンを長時間停止していた場合には、触媒と冷却水は、何れも、外気温とほぼ同じ温度になっている。この状態からエンジンを始動し、触媒暖機制御を開始すると、同グラフに示すように、触媒温度と冷却水温が共に上昇していく。この場合、触媒温度の上昇と冷却水温の上昇との間には相関がある。そこで、この場合には、冷却水温が所定の触媒暖機判定水温に達した時点で、触媒温度が活性温度に達したものと判断して、触媒暖機制御を終了するようにしている。

しかしながら、短いエンジン停止時間の後に再始動を行う場合（以下「ホット再始動」と称する）には、上記のような制御では、次のような問題がある。図１４の右側のグラフは、エンジン停止後の触媒温度および冷却水温の変化を示している。このグラフに示すように、エンジン停止後、触媒温度は急速に低下するのに対し、冷却水温は下がりにくく、低下速度が遅い。このため、エンジン停止からそれほど時間が経過していない場合には、触媒温度は活性温度より低くなっているが冷却水温は触媒暖機判定水温より高い、という状態が存在する。図１４の右側のグラフに示したように、そのような状態でエンジンの再始動が行われた場合には、触媒温度が活性温度より低いにもかかわらず、冷却水温が触媒暖機判定水温より高いために、触媒暖機制御が実行されないという問題がある。

一方、点火時期を遅角すると、エンジンの熱効率が低下する。このため、触媒暖機制御を必要以上に実行すると、燃費が悪化するという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ホット再始動時においても触媒暖機制御を適切に実行することのできる内燃機関の触媒暖機制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の触媒暖機制御装置であって、
内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記内燃機関の始動時の触媒温度を取得する始動時触媒温度取得手段と、
前記内燃機関の始動時の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
前記取得された始動時の触媒温度に基づいて、触媒暖機制御を実行する必要があるか否かを判定する暖機要求判定手段と、
前記触媒暖機制御が実行される場合に、前記始動時の冷却水温に基づいて、前記触媒暖機制御における前記内燃機関の制御パラメータを修整する制御パラメータ修整手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御パラメータ修整手段は、前記始動時の冷却水温が高い場合には、前記始動時の冷却水温が低い場合に比して、前記制御パラメータを、前記触媒がより早期に活性化する方向に修整することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制御パラメータ修整手段は、前記始動時の冷却水温が高い場合には、前記始動時の冷却水温が低い場合に比して、点火時期遅角量を大きくすることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記制御パラメータ修整手段は、前記始動時の冷却水温が高い場合には、前記始動時の冷却水温が低い場合に比して、前記内燃機関の空燃比をリーンにすることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記触媒暖機制御の実行中に、運転者の走行意思を判定する走行意思判定手段と、
前記走行意思判定手段により走行意思がないと判定された場合には、走行意思があると判定された場合に比して、前記触媒暖機制御における点火時期遅角量を小さくするとともに、前記内燃機関の空燃比をリーンにするリーン化手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記取得された始動時の触媒温度に基づいて、前記触媒暖機制御の終了条件を設定する終了条件設定手段を備えることを特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、
前記始動時の冷却水温が高い場合には、前記始動時の冷却水温が低い場合に比して、前記終了条件設定手段により設定された終了条件を、前記触媒暖機制御がより早期に終了する方向に補正する終了条件補正手段を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、始動時のエンジン冷却水温ではなく、始動時の触媒温度に基づいて、触媒暖機制御を実行する必要があるか否かを判定することができる。このため、ホット再始動時に、冷却水温はまだ高いが、触媒温度は活性温度より低くなっているという状況の場合にも、触媒暖機制御を確実に実行することができる。すなわち、ホット再始動の場合でも、触媒暖機制御の必要性を正確に判定することができる。また、第１の発明によれば、触媒暖機制御が実行される場合に、始動時の冷却水温に基づいて、触媒暖機制御におけるエンジン制御パラメータを修整することができる。このため、始動時の冷却水温が高い場合、つまりホット再始動の場合には、触媒暖機制御におけるエンジン制御パラメータをより有利な方向へ修整することができる。すなわち、始動時の冷却水温に応じた、最適な条件で触媒暖機制御を実行することができる。よって、触媒を更に早期に活性化させることができ、エミッションを更に低減することができる。

第２の発明によれば、始動時の冷却水温が高い場合には、始動時の冷却水温が低い場合に比して、触媒暖機制御におけるエンジン制御パラメータを、触媒がより早期に活性化する方向に修整することができる。始動時の冷却水温が高い場合には、エンジンの燃焼が安定するので、このような修整を行うことが可能である。このような修整を行うことにより、始動時の冷却水温が高い場合、つまりホット再始動の場合には、触媒を更に早期に活性化させることができるので、エミッションを更に低減することができる。

第３の発明によれば、始動時の冷却水温が高い場合には、始動時の冷却水温が低い場合に比して、触媒暖機制御における点火時期遅角量を大きくすることができる。始動時の冷却水温が高い場合には、エンジンの燃焼が安定するので、始動時の冷却水温が低い場合よりも点火時期遅角量を大きくすることが可能である。これにより、始動時の冷却水温が高い場合には、点火時期遅角量を大きくし、排気温度を更に高くすることができる。よって、触媒を更に早期に活性化させることができ、エミッションを更に低減することができる。

第４の発明によれば、始動時の冷却水温が高い場合には、始動時の冷却水温が低い場合に比して、触媒暖機制御における内燃機関の空燃比をリーンにすることができる。始動時の冷却水温が高い場合には、エンジンの燃焼が安定するので、始動時の冷却水温が低い場合よりも空燃比をリーンにすることが可能である。これにより、始動時の冷却水温が高い場合には、空燃比をリーンにして、触媒の活性温度を低下させることができる。よって、触媒を更に早期に活性化させることができ、エミッションを更に低減することができる。

第５の発明によれば、触媒暖機制御の実行中に、運転者の走行意思を判定し、走行意思がない場合には、走行意思がある場合に比して、触媒暖機制御における点火時期遅角量を小さくするとともに、内燃機関の空燃比をリーンにすることができる。運転者の走行意思がなく、アイドル運転がしばらく継続すると判断できる場合には、エンジンから出るエミッションの絶対量が少ない。このような場合には、空燃比のリーン化によって触媒の早期活性化を図れば、点火時期遅角量が小さくても、エミッションを十分に低減することができる。そこで、第５の発明では、運転者の走行意思がなく、アイドル運転がしばらく継続すると判断できる場合には、点火時期遅角量を小さくすることにより、燃費を改善することができる。

第６の発明によれば、始動時の触媒温度に基づいて、触媒暖機制御の終了条件を設定することができる。始動時の触媒温度が低い場合には、触媒暖機制御の実行期間が長く必要であるが、始動時の触媒温度が高い場合には、触媒暖機制御の実行期間は短くて十分である。第６の発明よれば、必要とされる触媒暖機制御の実行期間を、始動時の触媒温度に基づいて適切に設定することができる。このため、触媒暖機制御を無駄なく実行することができ、燃費の悪化を抑制することができる。

第７の発明によれば、始動時の冷却水温が高い場合には、始動時の冷却水温が低い場合に比して、触媒暖機制御の終了条件を、触媒暖機制御がより早期に終了する方向に補正することができる。始動時の冷却水温が高い場合には、エンジンの燃焼が安定するので、始動時の冷却水温が低い場合に比して、触媒暖機制御におけるエンジン制御パラメータを、触媒がより早期に活性化する方向に修整することができる。従って、始動時の冷却水温が高い場合には、始動時の冷却水温が低い場合に比して、触媒暖機制御の実行期間は短くて済む。そこで、第７の発明では、始動時の冷却水温が高い場合には、触媒暖機制御の実行期間を短縮することにより、燃費を改善することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 暖機終了判定値と、始動時の触媒推定温度との関係を定めたマップである。 暖機終了判定値の補正に用いられる補正係数を算出するためのマップである。 点火時期遅角量を算出するためのマップである。 点火時期遅角量を補正するための補正量を算出するためのマップである。 エンジンの空燃比と触媒の活性温度との関係を示す図である。 始動時の冷却水温に基づいて、触媒暖機制御実行中のエンジンの目標空燃比を設定するためのマップである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 始動後の触媒温度の上昇と、エンジン１０の空燃比との関係を表したグラフである。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。 冷間始動時の触媒温度および冷却水温の変化と、エンジン停止後の触媒温度および冷却水温の変化とを表すグラフである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両の動力源として用いられる内燃機関（以下、単に「エンジン」と称する）１０を備えている。エンジン１０には、吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。

吸気通路１２には、吸入される空気の温度を検出する吸気温センサ１５と、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６とが設置されている。エアフローメータ１６の下流には、スロットル弁１８が配置されている。スロットル弁１８は、後述するＥＣＵ５０からの指令に従い、スロットルモータ２０によって開閉駆動される電子制御式スロットル弁である。スロットル弁１８の近傍には、スロットル弁開度を検出するスロットルポジションセンサ２２が配置されている。

エンジン１０は、複数の気筒を有しており、図１には、そのうちの一つの気筒の断面が示されている。各気筒には、吸気通路１２に連通する吸気ポートと、排気通路１４に連通する排気ポートが設けられている。吸気ポートには、その内部に燃料を噴射するための燃料インジェクタ２６が配置されている。また、各気筒には、吸気ポートと燃焼室との間を開閉する吸気弁２８と、排気ポートと燃焼室との間を開閉する排気弁２９と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ３０と、ピストン３４とが設けられている。なお、エンジン１０は、図示の構成に限らず、燃料を筒内に直接噴射する方式のものでもよい。

各気筒のピストン３４の往復運動は、クランク機構を介して、クランク軸３６の回転運動に変換される。クランク軸３６の近傍には、クランク軸３６の回転角を検出するためのクランク角センサ３８が取り付けられている。クランク角センサ３８の出力によれば、エンジン回転数を検出することもできる。

エンジン１０の排気通路１４には、排気ガスを浄化するための触媒４０が設置されている。触媒４０としては、例えば、三元触媒、ＮＯｘ触媒等が好ましく用いられる。

また、図１に示すシステムは、車両のアクセルペダル位置を検出するアクセルポジションセンサ２４と、エンジン１０の冷却水の温度を検出する冷却水温センサ４１と、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。

本実施形態では、エンジン１０が搭載された車両は、自動変速機（図示せず）を備えているものとする。ＥＣＵ５０は、その自動変速機を制御するＡＴＣＵ(Automatic Transmission Control Unit)４２と相互に通信可能になっている。また、ＥＣＵ５０には、自動変速機のレンジ位置を検出するレンジ位置センサ４３と、車両の駐車ブレーキの位置を検出する駐車ブレーキ位置センサ４４とが電気的に接続されている。

本実施形態では、エミッションを低減するため、エンジン１０の始動後、触媒４０の温度（床温）を迅速に活性温度以上まで上昇させるための触媒暖機制御を行う。触媒暖機制御においては、点火時期を通常の点火時期（基本点火時期）よりも遅くする。点火時期を遅くすると、排気温度が高くなるので、触媒４０の温度（以下、「触媒温度」と称する）を速く上昇させることができる。

また、本実施形態では、始動時の触媒温度を推定し、その推定された始動時の触媒温度が活性温度より低い場合に、触媒暖機制御を実行することとした。始動時の触媒温度は、次のようにして推定することができる。ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転中、運転状態や排気温度センサ（図示せず）により検出される排気温度などに基づいて、触媒温度を推定することができる。そして、エンジン１０を停止させる際、その停止直前の触媒温度を記憶する。エンジン１０の停止中における触媒４０の温度降下代は、停止時間が長くなるにつれて大きくなり、また、外気温が低いほど大きくなる。そこで、エンジン１０の始動時に、エンジン停止時点からの経過時間や外気温などに基づいて温度降下代を算出し、エンジン停止直前に記憶した触媒温度からその温度降下代を差し引くことにより、始動時の触媒温度を精度良く推定することができる。

前述したように、エンジン停止後、触媒４０は冷めやすいが、冷却水は冷めにくい。よって、エンジン停止からあまり時間が経過していない状態では、触媒温度は活性温度より低い温度まで下がっているが、冷却水の温度はまだ高いという状態が存在する。このため、冷却水温に基づいて触媒暖機制御を実行するか否かを判定した場合には、上記のような状態において再始動が行われたとき、触媒が活性温度未満にまで冷えているにもかかわらず、触媒暖機制御が不要であると判定されてしまい、触媒暖機制御が実行されないという問題がある。

これに対し、本実施形態によれば、触媒暖機制御を実行する必要があるか否かを始動時の触媒温度に基いて判定するので、その必要性を正確に判定することができる。すなわち、始動時の冷却水温が高い場合であって、触媒温度が低下している場合には、触媒暖機制御を確実に実行することができる。よって、ホット再始動が行われるときのエミッションを確実に低減することができる。

また、本実施形態では、始動時の触媒温度に基づいて、触媒暖機制御の終了条件を設定することとした。始動時の触媒温度と活性温度との差が小さい場合には、触媒温度を短時間で活性温度まで上昇させることができる。一方、始動時の触媒温度と活性温度との差が大きい場合には、触媒温度が活性温度まで上昇するのに長い時間がかかる。そこで、本実施形態では、始動時の触媒温度に応じて、触媒暖機制御を実行する期間の長さを調節することとした。点火時期を遅角すると、エンジン１０の熱効率が低下するので、触媒暖機制御を行うと、燃費が悪化する傾向がある。本実施形態では、上記の制御により、触媒暖機制御を実行する期間が必要十分な長さとなるように調節することができるので、燃費悪化を抑制することができる。

更に、本実施形態の触媒暖機制御では、始動時の冷却水温が高い場合には、始動時の冷却水温が低い場合に比して、点火時期遅角量をより大きくすることとした。始動時の冷却水温が高い場合には、燃焼が安定し易いので、点火時期遅角量を大きくしても、燃焼が不安定になりにくい。点火時期遅角量が大きいほど、排気温度が高くなるので、触媒温度をより速く上昇させることができる。よって、始動時の冷却水温が高い場合には、点火時期遅角量を大きくすることにより、触媒暖機を更に促進することができ、エミッションを更に低減することができる。

図２および図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、これらのルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。

図２に示すルーチンは、触媒暖機制御を実行する必要があるか否かの判定と、エンジン始動からの吸入空気量の積算値（以下「積算空気量」と称する）の算出とを行うための処理を表している。図２に示すルーチンによれば、まず、現時点がエンジン始動時点であるか否かが判定される（ステップ１００）。この判定は、例えばエンジン回転数に基づいて行うことができる。すなわち、エンジン回転数が４００ｒｐｍ未満であった場合には、エンジン始動時点であると判定され、エンジン回転数が４００ｒｐｍ以上であった場合には、エンジン１０が既に始動されていると判定される。

上記ステップ１００で、現時点がエンジン始動時点であると判定された場合には、ＥＣＵ５０に記憶されている始動後の積算空気量の値がクリアされる（ステップ１０２）。すなわち、積算空気量の値がゼロとして記憶される。

上記ステップ１０２の処理に続いて、始動時の触媒推定温度が算出される（ステップ１０４）。このステップ１０４では、エンジン停止時点からの経過時間や外気温などに基づいて触媒４０の温度降下代を算出し、ＥＣＵ５０に記憶されたエンジン停止直前の触媒温度からその温度降下代を差し引くことにより、始動時の触媒推定温度が算出される。なお、外気温は、吸気温センサ１５で検出される吸気温を代用することができる。また、温度降下代の算出に際しては、冷却水温等の他のパラメータを更に利用するようにしてもよい。

続いて、上記ステップ１０４で算出された始動時の触媒推定温度と、触媒４０の活性温度に対応する所定値とが比較される（ステップ１０６）。その比較の結果、始動時の触媒推定温度が上記所定値未満であった場合には、触媒暖機制御の実行が必要であると判定される（ステップ１０８）。これに対し、始動時の触媒推定温度が上記所定値以上であった場合には、触媒暖機制御を行う必要がないと判断できるので、触媒暖機制御の実行が禁止される（ステップ１１０）。

一方、上記ステップ１００で、エンジン１０が既に始動されていると判定された場合には、まず、前回記憶された積算空気量の値が読み込まれる（ステップ１１２）。次いで、エアフローメータ１６で検出される吸入空気量が読み込まれる（ステップ１１４）。そして、上記ステップ１１２で読み込まれた積算空気量の値に上記ステップ１１４で読み込まれた吸入空気量の値を加算することにより、積算空気量の値が更新される（ステップ１１６）。

図３に示すルーチンは、触媒暖機制御の処理を表している。図３に示すルーチンによれば、まず、基本点火時期が算出される（ステップ１２０）。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数およびエンジン負荷と、基本点火時期との関係を定めたマップが予め記憶されている。ステップ１２０では、そのマップに基づいて、基本点火時期が算出される。

次いで、触媒暖機制御の実行が要求されているか否かが確認される（ステップ１２２）。前述したように、触媒暖機制御を実行する必要があるか否かは、図２のルーチンによって判定されており、その判定結果がこのステップ１２２で読み込まれる。このステップ１２２で、触媒暖機制御の実行が要求されていないと認められた場合には、点火時期遅角量がゼロに設定されるとともに（ステップ１２４）、触媒暖機制御の実行が禁止される（ステップ１２６）。この場合には、点火時期遅角量がゼロであるので、上記ステップ１２０で算出された基本点火時期が、実際に実行する点火時期として設定される（ステップ１４４）。

一方、上記ステップ１２２で、触媒暖機制御の実行が要求されていると認められた場合には、まず、始動後の積算空気量の値と、始動時の触媒推定温度とがそれぞれ読み込まれる（ステップ１２８，１３０）。これらの値は、前述したように、図２に示すルーチンによって算出されている。

本実施形態において、ＥＣＵ５０は、エンジン始動と同時に冷却水温センサ４１によって冷却水温を検出し、その値を始動時の冷却水温として記憶している。上記ステップ１３０の処理に続き、その記憶された始動時の冷却水温の値が読み込まれる（ステップ１３２）。

続いて、触媒暖機制御の終了判定に用いる積算空気量の判定値（以下「暖機終了判定値」と称する）が図４に示すマップに基づいて算出される（ステップ１３４）。本実施形態では、始動後の積算空気量が暖機終了判定値に達した時点で触媒暖機制御を終了することとしている。図４は、暖機終了判定値と、始動時の触媒推定温度との関係を定めたマップである。このマップによれば、触媒４０の活性温度と、始動時の触媒推定温度との差が小さい場合ほど、暖機終了判定値が小さくされる。このため、本実施形態では、始動時の触媒温度が高い場合、すなわち、触媒温度を短時間で活性温度まで上昇させることができる場合には、それに合わせて、触媒暖機制御が早く終了される。よって、触媒暖機制御が必要以上に長い期間実行されることがないので、燃費の悪化を抑制することができる。

続いて、上記ステップ１３４で算出された暖機終了判定値が、始動時の冷却水温に基づいて補正される（ステップ１３６）。図５は、暖機終了判定値の補正に用いられる補正係数を算出するためのマップである。このステップ１３６では、上記ステップ１３４で算出された暖機終了判定値に、図５に示すマップにより算出される補正係数を乗ずることにより、暖機終了判定値が補正される。本実施形態では、後述するように、始動時の冷却水温が高い場合、点火時期遅角量を増大させる補正を行う。点火時期遅角量が増大されると、排気温度がより高くなるので、触媒温度がより速く上昇し、活性温度に到達するまでの時間が短くなる。このステップ１３６の処理は、このことに対応したものである。すなわち、図５に示すマップによれば、始動時の冷却水温が所定値（例えば４０℃）以下の場合には補正係数の値が１．０とされる。一方、始動時の冷却水温がこの所定値を超えて高くなるにつれて、補正係数の値が小さくされる。このような補正係数が暖機終了判定値に乗ぜられるので、始動時の冷却水温が高くなるにつれて、触媒暖機制御の実行期間が短縮される。

続いて、上記ステップ１２８で読み込まれた始動後の積算空気量が、上記ステップ１３４で得られた補正後の暖機終了判定値に達したか否かが判定される（ステップ１３８）。

上記ステップ１３８で、始動後の積算空気量が暖機終了判定値に達していないと判定された場合には、次に、触媒暖機制御のための点火時期遅角量が算出される（ステップ１４０）。図６に示すマップは、点火時期遅角量を算出するためのマップである。ステップ１４０では、このマップに従って、点火時期遅角量が算出される。

続いて、上記ステップ１４０で算出された点火時期遅角量が、始動時の冷却水温に基づいて補正される（ステップ１４２）。図７は、点火時期遅角量を補正するための補正量を算出するためのマップである。このステップ１４２では、上記ステップ１４０で算出された点火時期遅角量に、図７に示すマップにより算出される補正量を加算することにより、点火時期遅角量が補正される。図７に示すマップによれば、始動時の冷却水温が所定値（例えば４０℃）以下の場合には補正量の値が０とされる。一方、始動時の冷却水温がこの所定値を超えて高くなるにつれて、補正量の値が大きくされる。すなわち、ステップ１４２の処理によれば、始動時の冷却水温が高くなるにつれて、点火時期遅角量の値が増大される。

続いて、実際に実行する点火時期を算出する処理が行われる（ステップ１４４）。ここでは、上記ステップ１２０で算出された基本点火時期から、上述した点火時期遅角量だけ遅くした点火時期が、実行する点火時期として算出される。

一方、上記ステップ１３８で、始動後の積算空気量が暖機終了判定値に達したと判定された場合には、点火時期遅角量がゼロに設定されるとともに（ステップ１２４）、触媒暖機制御の実行が禁止される（ステップ１２６）。これにより、触媒暖機制御が終了する。

上述した図３のルーチンの処理によれば、始動時の冷却水温が高く、安定した燃焼が可能であると判断できる場合には、触媒暖機制御における点火時期遅角量を大きくすることができる。このため、触媒暖機を更に促進することができ、触媒温度を更に迅速に活性温度まで上昇させることができる。よって、触媒４０をより早く活性化させることができ、エミッションを更に低減することができる。また、その場合には、触媒暖機制御の実行期間を短縮することができるので、燃費を改善することができる。

なお、本実施形態では、始動時の触媒温度を推定によって求めることとしているが、本発明では、触媒４０の温度を検出する温度センサを設け、触媒温度を直接に検出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、始動後の積算空気量が暖機終了判定値に達した時点で触媒暖機制御を終了するようにしているが、本発明では、触媒暖機制御の終了判定を行う方法はこれに限定されるものではない。例えば、始動後の触媒温度を推定または検出し、触媒温度が所定の判定温度（活性温度）に到達した時点で触媒暖機制御を終了するようにしてもよい。

一般に、触媒４０の劣化が進行するほど、触媒４０の活性温度が高くなっていく。このため、触媒暖機制御の終了条件を触媒４０の劣化度に基づいて補正するようにしてもよい。すなわち、触媒４０の劣化度が大きい場合ほど、触媒温度がより高い温度になるまで触媒暖機制御が継続されるように、触媒暖機制御の終了条件を補正してもよい。触媒４０の劣化度は、公知の手法によって算出することができる。

なお、上述した実施の形態１においては、冷却水温センサ４１が前記第１の発明における「冷却水温検出手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「始動時触媒温度取得手段」が、上記ステップ１０６〜１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「暖機要求判定手段」が、上記ステップ１４２の処理を実行することにより前記第１乃至第３の発明における「制御パラメータ修整手段」が、上記ステップ１３４の処理を実行することにより前記第６の発明における「終了条件設定手段」が、上記ステップ１３６の処理を実行することにより前記第７の発明における「終了条件補正手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、前述した実施の形態１と同様（図１）である。

前述した実施の形態１では、触媒暖機制御を行う場合に、始動時の冷却水温が高い場合には、点火時期遅角量を大きくすることとしていた。これに対し、本実施形態では、始動時の冷却水温が高い場合には、冷却水温が低い場合に比して、エンジン１０の制御空燃比をリーン化することとした。始動時の冷却水温が低い場合には、空燃比（Ａ／Ｆ）をリーンにすると燃焼が不安定になるので、空燃比のリーン化は困難である。これに対し、始動時の冷却水温が高い場合には、空燃比をリーンにしても、安定した燃焼が可能である。

図８は、エンジン１０の空燃比と触媒４０の活性温度との関係を示す図である。触媒４０は、エンジン１０の空燃比が理論空燃比よりややリーン（以下、「弱リーン」と称する）であると、活性が良くなり、より低温から活性化する。このため、図８に示すように、理論空燃比の前後では、空燃比がリーンになるにつれて、触媒４０の活性温度が低くなる。従って、エンジン１０を理論空燃比（ここではＡ／Ｆ＝１４．６とする）で運転した場合には、触媒４０の活性温度はｔＳとなるが、エンジン１０を弱リーンな空燃比（Ａ／Ｆ＝１５．０）で運転した場合には、触媒４０の活性温度ｔＬへと低下させることができる。従って、空燃比をリーン化することにより、触媒温度が活性温度に達するまでの時間が短くなるので、触媒４０をより早期に活性化することができる。

図９は、始動時の冷却水温に基づいて、触媒暖機制御実行中のエンジン１０の目標空燃比を設定するためのマップである。本実施形態では、このマップに基づいて、触媒暖機制御実行中のエンジン１０の目標空燃比を設定する。図９に示すように、始動時の冷却水温が所定値（例えば４０℃）以下の場合には、目標空燃比が理論空燃比（１４．６）に設定される。一方、始動時の冷却水温がこの所定値を超えて高くなるにつれて、目標空燃比がリーンな値に設定される。

本実施形態は、ＥＣＵ５０に、実施の形態１の図３に示すルーチンに代えて、図１０に示すルーチンを実行させることにより、実現することができる。以下、図１０において、図３に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図１０に示すルーチンは、図３に示すルーチンと比べて、ステップ１４２がステップ１４６に置換されていること以外は同様である。

図１０に示すルーチンによれば、触媒暖機制御が実行される場合に、エンジン１０の目標空燃比が図９に示すマップに基づいて算出される（ステップ１４６）。すなわち、ステップ１４６の処理によれば、始動時の冷却水温が高い場合には、始動時の冷却水温が低い場合に比して、目標空燃比がリーンな値に設定される。このため、始動時の冷却水温が高く、安定した燃焼が可能であると判断できる場合には、エンジン１０の空燃比を弱リーンにすることができる。エンジン１０の空燃比を弱リーンにすると、触媒４０の活性温度が低くなるので、触媒温度をより迅速に活性温度まで上昇させることができる。よって、触媒４０をより早く活性化させることができ、エミッションを更に低減することができる。

また、エンジン１０の空燃比がリーン化された場合には、エンジン１０から排出されるＨＣ量が少なくなるので、ＨＣの低減にも寄与する。

更に、図１０に示すルーチンによれば、エンジン１０の空燃比がリーン化される場合には、触媒４０の活性化が早くなることに対応して、ステップ１３６の処理により、触媒暖機制御の実行期間を短縮するようにしている。これにより、燃費を改善することができる。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１４６の処理を実行することにより、前記第１、第２および第４の発明における「制御パラメータ修整手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、前述した実施の形態１と同様（図１）である。

上述した実施の形態１の触媒暖機制御においては、点火時期を遅角することによって、排気温度を高め、触媒４０の早期活性化を図るようにしている。また、上述した実施の形態２の触媒暖機制御においては、始動時の冷却水温が高い場合には、点火時期の遅角に加えて、空燃比のリーン化を併用することによって、触媒４０の早期活性化を図るようにしている。

ところで、エンジン始動後、車両が走行せず、アイドル運転が継続して実行されている場合には、エンジン負荷が小さいため、エンジン１０から出る絶対的なエミッション排出量（特にＮＯｘの絶対量）は少ない。このため、点火時期を遅角せず、空燃比のリーン化のみによって触媒４０の早期活性化を図った場合であっても、エミッションを十分に低減することが可能である。

そこで、本実施形態では、運転者に車両を走行（発進）させようとする意思がなく、アイドル運転がしばらく継続されると判断できる場合には、点火時期遅角を行わず、空燃比のリーン化のみによって触媒４０の早期活性化を図ることとした。これにより、点火時期の遅角による燃費の悪化を回避することができる。なお、本実施形態では、運転者の走行意思を、自動変速機のレンジ位置に基づいて判定することとした。

本実施形態は、ＥＣＵ５０に、図１１に示すルーチンを実行させることにより、実現することができる。以下、図１１において、図３または図１０に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図１１に示すルーチンのステップ１２０〜１４４の処理は、図３および図１０に示すルーチンと同様である。また、図１１に示すルーチンでは、図１０に示すルーチンと比べ、ステップ１５０〜１５４が追加されている。

図１１に示すルーチンによれば、触媒暖機制御が実行される場合に、自動変速機がＤレンジ（ドライブレンジ）にあるかどうかが判定される（ステップ１５０）。自動変速機がＤレンジにある場合には、運転者に走行意思があるものと判定される。これに対し、自動変速機がＤレンジでなく、Ｎレンジ（ニュートラルレンジ）やＰレンジ（パーキングレンジ）にある場合には、運転者に走行意思がないものと判定される。なお、このステップ１５０においては、駐車ブレーキあるいは通常のブレーキが作動しているかどうかを考慮して運転者の走行意思を判定してもよい。

上記ステップ１５０において、運転者に走行意思があると判定された場合には、前述した実施の形態２と同様の触媒暖機制御が実行される。すなわち、まず、図６に示すマップに従って点火時期遅角量が算出される（ステップ１４０）。次いで、エンジン１０の目標空燃比が図９に示すマップに基づいて算出される（ステップ１４６）。

これに対し、上記ステップ１５０において、運転者に走行意思がないと判定された場合、つまりアイドル運転がしばらく継続すると判断できる場合には、点火時期遅角量がゼロに設定される（ステップ１５２）。次いで、エンジン１０の目標空燃比が算出される（ステップ１５４）。このステップ１５４では、目標空燃比が弱リーンな値に算出される。これにより、触媒４０の活性温度が低くなるので、触媒温度が活性温度に到達するまでの時間が短くなり、エミッションを十分に低減することができる。また、この場合には、点火時期の遅角を行わないので、燃費を改善することができる。

なお、図１１のルーチンでは、運転者に走行意思がないと判定された場合に点火時期遅角量をゼロにしているが、本発明では、運転者に走行意思がないと判定された場合に、必ずしも点火時期遅角量をゼロにしなくてもよく、運転者に走行意思があると判定された場合に比べて点火時期遅角量を小さくするだけでもよい。この場合であっても、燃費の悪化を抑制することができる。

上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１５０の処理を実行することにより前記第５の発明における「走行意思判定手段」が、上記ステップ１５２および１５４の処理を実行することにより前記第５の発明における「リーン化手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態４．
次に、図１２および図１３を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、前述した実施の形態１と同様（図１）である。

上述した実施の形態３の触媒暖機制御においては、運転者に走行意思がないと判定された場合、つまりアイドル運転がしばらく継続すると判断できる場合には、点火時期遅角量を小さくして燃費の悪化を抑制するとともに、空燃比をリーン化することによって、触媒４０の早期活性化を図るようにしている。

図１２は、始動後の触媒温度の上昇と、エンジン１０の空燃比との関係を表したグラフである。図１２中のｔＳは、エンジン１０を理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．６）で運転した場合の触媒４０の活性温度であり、ｔＬは、エンジン１０をリーン空燃比（Ａ／Ｆ＝１５．０）で運転した場合の触媒４０の活性温度である（前述した図８参照）。

図１２に示すように、始動後最初の間は、エンジン１０を理論空燃比で運転した場合でも、リーン空燃比で運転した場合でも、触媒温度はほぼ同じように上昇していく。時刻ｔ₁において、触媒温度がリーン空燃比での活性温度ｔＬに到達すると、リーン空燃比運転の場合には、触媒４０が活性化し、浄化反応が活発化するので、触媒４０で発生する反応熱が増大する。このため、リーン空燃比運転の場合には、時刻ｔ₁を過ぎると、触媒温度の上昇速度が速くなる。これに対し、理論空燃比運転の場合には、触媒温度が活性温度ｔＳに達しないと触媒４０が活性化しないので、時刻ｔ₁においては触媒４０がまだ活性化していない。このため、理論空燃比運転の場合には、時刻ｔ₁を過ぎた後も、触媒温度の上昇速度は変わらない。

このようなことから、理論空燃比運転の場合には、図１２中の時刻ｔ₃において触媒温度が活性温度ｔＳに到達する。これに対し、リーン空燃比運転の場合には、時刻ｔ₃よりも早い時刻ｔ₂において触媒温度が活性温度ｔＳに到達する。従って、触媒暖機制御においてリーン空燃比運転を行った場合には、理論空燃比運転を行った場合よりも早く、触媒温度を理論空燃比での活性温度ｔＳに到達させることができるという点でも有利である。

運転者に走行意思がないと判定され、空燃比のリーン化による触媒暖機制御を行っている最中に、自動変速機がＤレンジに切り換えられた場合には、車両が走行（発進）し、エンジン負荷が増大することが予想される。点火時期遅角量が少なく、且つリーン空燃比で運転している場合に、エンジン負荷が増大すると、エンジン１０から出るＮＯｘの量が急増する。従って、このような場合には、エンジン１０を理論空燃比制御に切り換えることが必要となる。このときに、触媒温度がまだ活性温度ｔＳに到達していなかった場合（すなわち、図１２で時刻ｔ₂より前だった場合）には、エンジン１０から排出される理論空燃比の排気ガスを触媒４０で十分に浄化することができない。そこで、本実施形態では、そのような場合には、点火時期遅角量を増大させ、排気温度をより高くすることにより、触媒温度を迅速に活性温度ｔＳまで上昇させることとした。

図１３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状態の履歴や排気ガス温度等に基づいて触媒温度を推定する手段を備えているものとする。

図１３に示すルーチンによれば、まず、触媒暖機が完了しているか否かを表すフラグＸＣＡＴの値が確認される（ステップ２００）。このステップ２００において、触媒暖機がまだ完了していないと判定された場合（ＸＣＡＴ＝０）には、次に、自動変速機がＤレンジであるか否か、つまり運転者に走行意思があるか否かが判定される（ステップ２０２）。

上記ステップ２０２において、自動変速機がＤレンジにあると判定された場合には、エンジン１０の目標空燃比が理論空燃比に設定されるとともに、点火時期遅角量を大とする触媒暖機制御が実行される（ステップ２０４）。続いて、触媒温度が理論空燃比での活性温度ｔＳに到達したか否かが判定される（ステップ２０６）。触媒温度がまだ活性温度ｔＳに到達していないと判定された場合には、本ルーチンの今回の実行が終了される。これに対し、触媒温度が活性温度ｔＳに到達したと判定された場合には、触媒暖機が完了したと判定され、ＸＣＡＴ＝１とされる（ステップ２１６）。

上記ステップ２０２において、自動変速機がＤレンジでなかった場合、つまり運転者に走行意思がないと判定された場合には、エンジン１０の目標空燃比がリーン空燃比に設定されるとともに、点火時期遅角量を小とする触媒暖機制御が実行される（ステップ２０８）。このように、本実施形態では、運転者に走行意思がない場合に、触媒温度がリーン空燃比での活性温度ｔＬに到達するまでは、点火時期遅角を行うようにしている。これにより、触媒温度を迅速に活性温度ｔＬまで上昇させることができる。

上記ステップ２０２の処理に続いて、触媒温度がリーン空燃比での活性温度ｔＬに到達したか否かが判定される（ステップ２１０）。このステップ２１０で、触媒温度がリーン空燃比での活性温度ｔＬに到達したと判定された場合には、目標空燃比はリーン空燃比にしたままで、点火時期遅角量をゼロとする触媒暖機制御が実行される（ステップ２１２）。このように、触媒温度がリーン空燃比での活性温度ｔＬに到達した後は、点火時期遅角量をゼロとすることにより、燃費を改善することができる。

次いで、触媒温度が理論空燃比での活性温度ｔＳに到達したか否かが判定される（ステップ２１４）。触媒温度がまだ活性温度ｔＳに到達していないと判定された場合には、本ルーチンの今回の実行が終了される。これに対し、触媒温度が活性温度ｔＳに到達したと判定された場合には、触媒暖機が完了したと判定され、ＸＣＡＴ＝１とされる（ステップ２１６）。

以上説明したような図１３のルーチンの処理によれば、自動変速機がＤレンジ以外にあってリーン空燃比運転が実行されていた状態から、自動変速機がＤレンジに切り換えられた場合において、触媒温度がまだ活性温度ｔＳに到達していなかった場合には、ＸＣＡＴ＝０であるので、ステップ２００，２０２，２０４の順に処理が実行される。これにより、理論空燃比運転、且つ点火時期遅角量が大の触媒暖機制御に切り換えられる。よって、触媒温度を理論空燃比での活性温度ｔＳまで迅速に上昇させることができる。このため、直後に車両が走行してエンジン負荷が増大した場合であっても、大気中へのエミッションの放出を十分に抑制することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述した実施の形態では、点火時期の遅角を利用した触媒暖機制御を行う場合を例に説明したが、本発明は、排気系へ２次空気を供給する触媒暖機制御や、自動変速機の高速側の変速段の使用を制限してエンジン回転数を高める触媒暖機制御を行う場合にも適用可能である。

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１５ 吸気温センサ
１８ スロットル弁
２０ スロットルモータ
２２ スロットルポジションセンサ
２４ アクセルポジションセンサ
２６ 燃料インジェクタ
３０ 点火プラグ
４０ 触媒
４１ 冷却水温センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
   前記内燃機関の始動時の触媒温度を取得する始動時触媒温度取得手段と、
   前記内燃機関の始動時の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
   前記取得された始動時の触媒温度に基づいて、触媒暖機制御を実行する必要があるか否かを判定する暖機要求判定手段と、
   前記触媒暖機制御が実行される場合に、前記始動時の冷却水温に基づいて、前記触媒暖機制御における前記内燃機関の制御パラメータを修整する制御パラメータ修整手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の触媒暖機制御装置。
2. 前記制御パラメータ修整手段は、前記始動時の冷却水温が高い場合には、前記始動時の冷却水温が低い場合に比して、前記制御パラメータを、前記触媒がより早期に活性化する方向に修整することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
3. 前記制御パラメータ修整手段は、前記始動時の冷却水温が高い場合には、前記始動時の冷却水温が低い場合に比して、点火時期遅角量を大きくすることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
4. 前記制御パラメータ修整手段は、前記始動時の冷却水温が高い場合には、前記始動時の冷却水温が低い場合に比して、前記内燃機関の空燃比をリーンにすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
5. 前記触媒暖機制御の実行中に、運転者の走行意思を判定する走行意思判定手段と、
   前記走行意思判定手段により走行意思がないと判定された場合には、走行意思があると判定された場合に比して、前記触媒暖機制御における点火時期遅角量を小さくするとともに、前記内燃機関の空燃比をリーンにするリーン化手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
6. 前記取得された始動時の触媒温度に基づいて、前記触媒暖機制御の終了条件を設定する終了条件設定手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。
7. 前記始動時の冷却水温が高い場合には、前記始動時の冷却水温が低い場合に比して、前記終了条件設定手段により設定された終了条件を、前記触媒暖機制御がより早期に終了する方向に補正する終了条件補正手段を備えることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の触媒暖機制御装置。

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