JP2014190248A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、点火時期を遅角させることにより排気温度の上昇を図る処理を実行する火花点火式の内燃機関の制御装置において、混合気の燃焼状態が不安定になることを抑制しつつ、排気温度の上昇を図ることを課題とする。
【解決手段】本発明は、上記した課題を解決するために、排気温度の上昇を図るべく点火時期を所定の目標点火時期まで遅角させる処理である昇温処理が実施される火花点火式の内燃機関の制御装置において、内燃機関が始動過程において発生したトルクである始動トルクが小さい場合は、昇温処理において点火時期の遅角が開始されてから実際の点火時期が目標点火時期と等しくなるまでに要する期間を長くするようにした。
【選択図】図７

Description

本発明は、火花点火式内燃機関の制御装置に関し、特に点火時期を遅角させることにより内燃機関の排気系に配置された部品の昇温を図る技術に関する。

火花点火式の内燃機関においては、始動完了後のファーストアイドル運転時に、点火時期を遅角させることにより、排気温度の上昇を図り、以て排気系の部品（たとえば、排気浄化用触媒など）を早期に昇温させる技術が知られている。また、内燃機関の始動に適した点火時期からファーストアイドル運転に適した点火時期へ遅角させるにあたり、点火時期を段階的又は連続的に遅角させる技術も提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００９−１２１２５５号公報 特開平１１−０３６９１９号公報

ところで、燃料の性状が重質である場合や気筒内の温度（筒内温度）が著しく低い場合に点火時期が遅角されると、混合気の燃焼状態が不安定となる可能性がある。その場合、機関回転速度が低下したり、内燃機関の発生トルクが低下したりする可能性がある。

前述した従来の技術は、点火時期を遅角させる際に内燃機関の吸入空気量を考慮しているが、燃料性状や気筒内の温度を考慮していないため、点火時期を遅角させた際、混合気の燃焼状態が不安定になる可能性がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、点火時期を遅角させることにより排気温度の上昇を図る処理を実行する火花点火式の内燃機関の制御装置において、混合気の燃焼状態が不安定になることを抑制しつつ、排気温度の上昇を図ることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、排気温度の上昇を図るべく点火時期を所定の目標点火時期まで遅角させる処理である昇温処理が実施される火花点火式の内燃機関の制御装置において、内燃機関が始動過程で発生したトルクである始動トルクが小さい場合は、点火時期の遅角が開始されてから実際の点火時期が目標点火時期と等しくなるまでに要する期間を長くするようにした。

詳細には、火花点火式の内燃機関の制御装置において、
排気温度の上昇を目的として、点火時期を所定の目標点火時期まで遅角させる処理である昇温処理を実行する昇温手段と、
内燃機関が始動過程において発生したトルクである始動トルクを取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された始動トルクが小さい場合は大きい場合に比べ、前記昇温処理において点火時期の遅角が開始されてから実際の点火時期が目標点火時期と等しくなるまでに要する期間を長くする制御手段と、
を備えるようにした。

燃料性状が重質である場合や筒内温度が低い場合に、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されると、混合気の燃焼状態が不安定になる可能性がある。これは、燃料性状が重質である場合や筒内温度が低い場合は、燃料性状が軽質である場合や筒内温度が高い場合に比べ、燃料が直ちに気化又は霧化しない気化遅れが発生するため、それに応じて混合気の空燃比が予め想定された空燃比より高くなるリーンずれが発生することに因ると考えられる。

燃料の気化遅れによって混合気の空燃比がリーンになっているときに点火時期が遅角されると、混合気の燃焼状態が不安定になる。混合気の燃焼状態が不安定になった場合は、機関回転速度や内燃機関の発生トルクが低下するとともに、排気温度が低下する可能性がある。その結果、内燃機関のドライバビリティが低下したり、排気温度が却って上昇し難くなったりする可能性がある。

ここで、燃料性状が重質である場合は軽質である場合に比べ、始動トルクが小さくなる。また、内燃機関の気筒内の温度（筒内温度）が低い場合は高い場合に比べ、始動トルクが小さくなる。したがって、燃料性状が重質になるほど、およびまたは筒内温度が低くなるほど、始動トルクが小さくなる。

そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、始動トルクが小さい場合は大きい場合に比べ、昇温処理の開始（点火時期が遅角され始める時点）から点火時期が目標点火時期と等しくなるまでのに要する期間（以下、「遅延期間」と称する）を長くするようにした。このような構成によると、燃料性状が重質である場合や筒内温度が低い場合は、点火時期が目標点火時期まで遅角されるタイミングが遅くなる。

点火時期が目標点火時期に遅角されるタイミングが遅くされた場合は、その遅延期間中に行われる混合気の燃焼によって筒内温度が高まる。そのため、点火時期が目標点火時期と等しくなる時点の筒内温度が高くなる。その結果、点火時期が目標点火時期まで遅角されたときは、燃料の気化遅れが小さくなるとともに、混合気のリーンずれが小さくなる。よって、点火時期が目標点火時期まで遅角されても混合気の燃焼状態が低下し難くなる。

一方、燃料性状が軽質である場合や筒内温度が高い場合は、点火時期が直ちに目標点火時期に遅角される。燃料性状が軽質である場合や筒内温度が高い場合は、燃料が気化又は霧化し易いため、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されても、混合気の燃焼状態が低下し難い。

したがって、本発明の内燃機関の制御装置によれば、排気温度の上昇を目的として点火時期を遅角させる場合に、混合気の燃焼状態が不安定になることを抑制しつつ、排気温度の上昇を図ることができる。特に、燃料性状が重質である場合や筒内温度が低い場合は、排気温度を可能な限り速やかに上昇させることが可能になる。

本発明の内燃機関の制御装置において、制御手段は、遅延期間を長くする場合に、点火時期の遅角量を連続的又は段階的に増加させるようにしてもよい。点火時期の遅角量が連続的に増加される場合は、制御手段は、始動トルクが小さくなるほど、単位時間あたりの点火時期の遅角量（遅角量の増加速度）を少なくしてもよい。また、点火時期の遅角量が段階的に増加される場合は、制御手段は、始動トルクが小さくなるほど、一段階あたりの点火時期の遅角量を少なくしたり、又は各段階の遅角量が維持される時間を長くしたりしてもよい。

上記したような方法に則って点火時期が連続的又は段階的に増加された場合は、始動ト
ルクが小さくなるほど、遅延期間が長くなる。また、点火時期の遅角量が連続的又は段階的に増加させられる場合は、筒内温度が上昇するに連れて点火時期の遅角量が増加することになるため、混合気の燃焼状態を不安定にすることなく点火時期の遅角量を増加させることができる。さらに、点火時期が連続的又は段階的に変更されることにより、機関回転速度やトルクの急激な変動を回避することも可能になる。

なお、制御手段は、点火時期の遅角量を連続的に増加させる場合は、時間の経過とともに点火時期の遅角量を対数関数的に増加させてもよい。また、制御手段は、点火時期の遅角量を段階的に増加させる場合は、時間の経過とともに一段階あたりの増加量を小さくしてもよい。これらの方法によって点火時期の遅角量が増加されると、機関回転速度やトルクの変動を小さく抑えつつ、点火時期を遅角させることができる。

本発明の内燃機関の制御装置において、制御手段は、始動トルクが閾値以上であるときは点火時期を直ちに目標点火時期に遅角させ、始動トルクが閾値未満であるときは始動トルクが小さくなるほど遅延時間を長くするようにしてもよい。

ここでいう「閾値」は、点火時期が直ちに目標点火時期に遅角されても、混合気の燃焼状態が不安定にならないと考えられる最小の始動トルク、又はその最小の始動トルクにマージンを加算した値である。このような閾値は、予め実験等を利用した適合処理によって求めておくことができる。

上記した構成によれば、遅延期間が不要に長くなる事態（実際の点火時期が目標点火時期と等しくなるタイミングが不要に遅くなる事態）を回避することができる。つまり、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されても混合気の燃焼状態が不安定にならないときに、遅延期間が不要に長くされる事態を回避することができる。その結果、排気温度を可能限り早い時期に上昇させることが可能になる。

本発明によれば、点火時期を遅角させることにより排気温度の上昇を図る処理を実行する火花点火式の内燃機関の制御装置において、混合気の燃焼状態が不安定になることを抑制しつつ、排気温度の上昇を図ることができる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 燃料性状と筒内温度と始動トルクの相関関係を示す図である。 内燃機関の始動トルクと遅延期間との関係を示す図である。 昇温処理において点火時期を連続的に遅角させる方法を示すタイミングチャートである。 内燃機関の始動トルクと初期遅角量との関係を示す図である。 昇温処理において点火時期を連続的に遅角させる他の方法を示すタイミングチャートである。 昇温処理が実行された場合において混合気の空燃比と点火時期と内燃機関のトルクと機関回転速度と排気温度の経時変化を示す図である。 第１の実施例において昇温処理が実施される際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。 昇温処理において点火時期を段階的に遅角させる方法を示すタイミングチャートである。 昇温処理が実行された場合において機関回転速度と点火時期と噴射割合と噴射時期の経時変化を示す図である。 第２の実施例において昇温処理が実施される際にＥＣＵが実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図９に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を有する火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１は、複数の気筒のうち一つの気筒のみが図示されている。

内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介して図示しない出力軸（クランクシャフト）と連結されている。各気筒２には、気筒２内に燃料を噴射するための燃料噴射弁５と、気筒２内に火花を発生させる点火プラグ６が取り付けられている。

気筒２の内部は、吸気ポート７及び排気ポート８と連通している。気筒２内における吸気ポート７の開口端は、吸気バルブ９により開閉される。気筒２内における排気ポート８の開口端は、排気バルブ１０により開閉される。吸気バルブ９と排気バルブ１０は、図示しない吸気カムと排気カムとにより各々開閉駆動される。

前記吸気ポート７は、吸気通路７０と連通している。吸気通路７０には、スロットル弁７１が配置されている。スロットル弁７１より上流の吸気通路７０には、エアフローメータ７２が配置されている。

前記排気ポート８は、排気通路８０と連通している。排気通路８０には、排気浄化装置８１が配置されている。排気浄化装置８１は、筒状のケーシング内に、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯ_Ｘ触媒、選択還元型ＮＯ_Ｘ触媒、又は酸化触媒のうち、少なくとも一つを収容したものである。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ２０には、前述したエアフローメータ７２に加え、水温センサ１１、クランクポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２、排気温度センサ８２などの各種センサの検出信号が入力されるようになっている。

エアフローメータ７２は、吸気通路７０を流れる吸気の量（質量）に相関する電気信号を出力する。水温センサ１１は、内燃機関１を循環する冷却水の温度に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ２１は、クランクシャフトの回転位置に相関する信号を出力する。アクセルポジションセンサ２２は、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。排気温度センサ８２は、排気浄化装置８１より下流の排気通路８０に配置され、排気浄化装置８１から流出した排気の温度に相関する電気信号を出力する。

ＥＣＵ２０は、燃料噴射弁５、点火プラグ６、及びスロットル弁７１等の各種機器と電気的に接続され、前述した各種センサの出力信号に基づいて各種機器を制御する。たとえば、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２、エアフローメータ７２等の出力信号により定まる内燃機関１の運転状態に応じて、燃料噴射
制御等の既知の制御に加え、内燃機関１の始動完了時に排気温度の上昇を図る昇温処理を実行する。以下、本実施例における昇温処理の実行方法について説明する。

内燃機関１が冷間始動された場合は、排気浄化装置８１の温度が該排気浄化装置８１の活性温度域より低くなる。そのような場合は、排気浄化装置８１の温度を速やかに上昇させ、該排気浄化装置８１の浄化能力を活性させる必要がある。これに対し、内燃機関１の始動完了時に、点火時期を所定の目標点火時期まで遅角させることにより、排気温度の上昇を図る方法が知られている。なお、ここでいう「内燃機関１の始動完了」は、クランキング開始後において内燃機関１の機関回転速度が一定回転数（以下、「始動判定回転速度」と称する）以上に上昇したことを以て判定される。

ところで、内燃機関１の燃料が重質な性状を有する場合や、気筒２内の温度（筒内温度）が著しく低い場合は、燃料噴射弁５から噴射された燃料が直ちに気化又は霧化せず（気化遅れ）、混合気の空燃比が薄くなる（リーンずれ）可能性がある。この現象は、筒内噴射式の燃料噴射弁５を有する内燃機関１において、燃料噴射弁５からの燃料噴射が圧縮行程中に行われる場合（圧縮行程噴射）に顕著となる。

よって、内燃機関１の燃料が重質な性状を有する場合や筒内温度が著しく低い場合において、内燃機関１の始動完了をトリガとして点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されたり、圧縮行程中噴射が行われたりすると、混合気の燃焼状態が不安定になる可能性がある。混合気の燃焼状態が不安定になった場合は、機関回転速度やトルクが低下し、排気温度の低下を招く可能性がある。

これに対し、本実施例の昇温処理では、燃料性状が重質である場合や筒内温度が著しく低い場合は、点火時期が遅角され始めてから実際の点火時期が目標点火時期と等しくなるまでに要する期間（遅延期間）が長くなるようにした。詳細には、燃料性状が重質である場合や筒内温度が低い場合は、実際の点火時期を始動完了時の目標点火時期から昇温処理に適した目標点火時期まで徐々に遅角させることにより、実際の点火時期が目標点火時期と等しくなるタイミングを遅らせるようにした。

燃料性状の重質度合いと筒内温度の高さは、内燃機関１の始動トルクに相関する。ここでいう「始動トルク」は、内燃機関１の始動過程、たとえば、機関回転速度がクランキング回転速度から始動判定回転速度に達するまでの始動期間に内燃機関１が発生したトルクである。

図２は、燃料性状と筒内温度と始動トルクの相関関係を示す図である。図２において、内燃機関１の始動トルクは、燃料性状が重質になるほど、小さくなる傾向がある。また、内燃機関１の始動トルクは、筒内温度が低くなるほど、小さくなる傾向がある。よって、内燃機関１の始動トルクが小さいときは、燃料性状が重質である、およびまたは筒内温度が低いとみなすことができる。

そこで、本実施例の昇温処理では、内燃機関１の始動トルクが閾値より小さい場合は点火時期を徐々に遅角させ、内燃機関１の始動トルクが閾値以上である場合は点火時期を直ちに目標点火時期まで遅角させるようにした。ここでいう「閾値」は、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されても、混合気の燃焼状態が不安定にならないと判断することができる最小の始動トルク、又はその最小の始動トルクにマージンを加算した値である。このような閾値は、予め実験等を利用した適合処理によって求めておくものとする。

なお、内燃機関１の始動トルクは、始動期間の少なくとも一部の期間における機関回転速度の上昇速度に相関する。よって、機関回転速度の上昇速度と始動トルクの相関関係を
予め実験的に求めておくことにより、機関回転速度の上昇速度をパラメータとして始動トルクを求めることができる。また、内燃機関１の始動トルクは、始動完了時の図示トルクに相関する。よって、始動完了時の図示トルクと始動トルクの相関関係を予め実験的に求めておくことにより、始動完了時の図示トルクをパラメータとして始動トルクを求めることもできる。なお、図示トルクを求める方法としては、筒内圧センサの測定値から演算する方法等の既知の方法を使用することができる。

内燃機関１の始動トルクが閾値より小さい場合に、遅延期間が長くされると、該遅延期間中に筒内温度が上昇する。すなわち、前記遅延期間中に発生する混合気の燃焼熱によって筒内温度が徐々に上昇する。そして、点火時期が目標点火時期と等しくなったときは、燃料の気化遅れを解消し得る程度に筒内温度が高くなる。よって、点火時期が目標点火時期と等しくなったときは、混合気の燃焼状態が低下し難くなる。その結果、機関回転速度やトルクの低下が回避され、内燃機関１のドライバビリティの低下を抑制しつつ、排気温度を上昇させることができる。

また、前記遅延期間において筒内温度が徐々に上昇するため、点火時期の遅角量が徐々に増加されても、混合気の燃焼状態が低下し難くなる。その結果、機関回転速度やトルクの低下を回避しつつ、排気温度を徐々に上昇させることができる。

したがって、上記した方法によって昇温処理が実行されれば、燃料性状が重質である場合や筒内温度が著しく低い場合であっても、内燃機関１のドライバビリティの低下を抑制しつつ、排気温度を可及的速やかに上昇させることができる。

ところで、内燃機関１の始動トルクが閾値未満になる場合は、該始動トルクが小さくなるほど、燃料の気化遅れが長くなる可能性がある。これに対し、本実施例の昇温処理では、図３に示すように、内燃機関１の始動トルクが閾値未満である場合は、該始動トルクが小さくなるほど、前記遅延期間を長くする。このように遅延期間の長さが変更されると、混合気の燃焼状態の低下をより確実に抑制しつつ、排気温度の上昇を図ることができる。

なお、排気浄化装置８１の浄化能力を早期に活性させる観点によると、前記遅延期間中の点火時期の遅角量は可及的に大きくすることが望ましい。そこで、図４に示すように、昇温処理が開始された時点で点火時期を所定量遅角させ、その後は点火時期の遅角量を徐々に増加させるようにしてもよい。その際の所定量は、混合気の燃焼状態の低下を回避し得る最大の遅角量である（以下では、所定量を「初期遅角量」と称する）。

初期遅角量は、燃料性状が重質になるほど、およびまたは筒内温度が低くなるほど少なくなる。よって、初期遅角量は、図５に示すように、始動トルクが閾値未満である場合は、始動トルクが小さくなるほど小さい値に設定されるものとする。なお、内燃機関１の始動トルクが閾値に比して十分に小さい場合は、混合気の燃焼状態が不安定になり易いため、初期遅角量が零に設定される。また、内燃機関１の始動トルクが閾値以上である場合は、初期遅角量は、内燃機関１の始動完了時の点火時期と目標点火時期との差に等しくされて、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角される。

ところで、前述の図４に示した例では、点火時期の遅角量が時間の経過に比例して増加しているが、点火時期の遅角量が時間の経過に対して対数関数的に増加されてもよい。その場合の点火時期は、図６に示すように、時間の経過に対して指数関数的に遅くなっていく。ここで、前記遅延期間における混合気のリーンずれは、時間の経過に対して対数関数的に小さくなる傾向（混合気の空燃比が対数関数的に低くなる傾向）がある。よって、上記したように点火時期の遅角量及び点火時期が変更されると、機関回転速度及びトルクや低下を回避しつつ、点火時期の遅角量を可及的に増加させることができる。

ここで、昇温処理が実行された場合において、混合気の空燃比と、点火時期と、内燃機関１のトルクと、機関回転速度と、排気温度の経時変化を図７に示す。図７中の実線は、始動トルクが閾値未満であるときに、遅延期間が零より長くされた場合の経時変化を示す。図７中の一点鎖線は、始動トルクが閾値未満であるときに、点火時期が直ちに目標点火時期に遅角された場合の経時変化を示す。

内燃機関１の始動トルクが閾値未満であるときに、内燃機関１の始動完了（昇温処理開始）をトリガとして点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されると、混合気の燃焼状態が不安定になる。混合気の燃焼状態が不安定になると、機関回転速度や内燃機関１のトルクが低下するとともに、筒内温度や排気温度が上昇し難くなる。さらに、筒内温度が上昇し難くなると、空燃比のリーンずれが解消され難くなる。

一方、内燃機関１の始動トルクが閾値未満であるときに、遅延期間が零より長くされるとともに、その遅延期間中の点火時期が徐変されると、混合気の燃焼状態が安定し易くなる。混合気の燃焼状態が安定すると、機関回転速度や内燃機関１のトルクが低下し難くなるとともに、筒内温度や排気温度が上昇し易くなる。さらに、筒内温度が上昇すると、空燃比のリーンずれが小さくなる。

したがって、本実施例で述べた方法により昇温処理が実施されると、燃料性状が重質である場合や筒内温度が低い場合であっても、内燃機関１のドライバビリティの低下を抑制しつつ、排気温度を可及的速やかに上昇させることができる。その結果、排気浄化装置８１の浄化能力を可及的速やかに活性させることが可能になる。

以下、本実施例における昇温処理の実行手順について図８に沿って説明する。図８は、昇温処理が実施される際に、ＥＣＵ２０が実行する処理ルーチンである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されており、内燃機関１の始動完了をトリガとして実行されるルーチンである。

図８の処理ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１の処理において、内燃機関１の始動が完了したか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の測定値から演算される機関回転速度が所定値以上に達したときに、内燃機関１の始動が完了したと判定する。

前記Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２の処理へ進む。

Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ２０は、先ず排気浄化装置８１の温度Ｔｃａｔを取得する。具体的には、ＥＣＵ２０は、排気温度センサ８２の測定値を排気浄化装置８１の温度の代替値として読み込む。なお、排気浄化装置８１の温度を測定する温度センサが排気浄化装置８１に取り付けられている場合は、ＥＣＵ２０は、該温度センサの測定値を排気浄化装置８１の温度Ｔｃａｔとして読み込む。次に、ＥＣＵ２０は、排気浄化装置８１の温度Ｔｃａｔが所定温度Ｔａｃｔより低いか否かを判別する。所定温度Ｔａｃｔは、排気浄化装置８１の浄化能力が活性する最低の温度であり、予め実験的に求められている温度である。

前記Ｓ１０２の処理において否定判定された場合（Ｔｃａｔ≧Ｔａｃｔ）は、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合（Ｔｃａｔ＜Ｔａｃｔ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３の処理へ進む。

Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１が今回の始動過程において発生したトルク（始動トルク）Ｔｒｑを取得する。なお、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の始動期間中における機関回転速度の履歴をＲＡＭ等に記憶させておくものとする。そして、ＥＣＵ２０は、機関回転速度の履歴から機関回転速度の増加率を演算し、その演算結果をパラメータとして始動トルクＴｒｑを演算する。なお、内燃機関１に筒内圧センサが取り付けられている場合は、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の始動完了時における筒内圧センサの測定値から図示トルクを演算し、その演算結果をパラメータとして始動トルクＴｒｑを演算してもよい。このように、ＥＣＵ２０がＳ１０３の処理を実行することにより、本発明に係わる取得手段が実現される。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０３の処理で算出された始動トルクＴｒｑと前述した図５の説明で述べたような相関関係とに基づいて、初期遅角量を演算する。その際、始動トルクＴｒｑが閾値以上であれば、初期遅角量は点火時期が目標点火時期と等しくなるように定められる。一方、始動トルクＴｒｑが閾値未満である場合は、該始動トルクＴｒｑが小さくなるほど、初期遅角量が少なくされる。なお、図５に示したような始動トルクＴｒｑと初期遅角量との相関関係は、マップ又は関数式としてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されていてもよい。図５に示したような相関関係に基づいて初期遅角量が決定されると、始動トルクＴｒｑが閾値以上である場合は、昇温処理が開始された時点で点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角される。一方、始動トルクＴｒｑが閾値未満である場合は、始動トルクＴｒｑが小さくなるほど、初期遅角量が小さくなるため、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されない。

Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０３の処理で算出された始動トルクＴｒｑと前述した図３の説明で述べたような相関関係とに基づいて、遅延期間の長さを演算する。その際、始動トルクＴｒｑが閾値以上であれば、遅延期間は零になる。一方、始動トルクＴｒｑが閾値未満であれば、該始動トルクＴｒｑが小さくなるほど、遅延期間が長くなる。なお、図３に示したような始動トルクＴｒｑと遅延期間の長さとの相関関係は、マップ又は関数式としてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されていてもよい。

Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０４及び前記Ｓ１０５の処理で求められた初期遅角量と遅延期間の長さとに基づいて、点火時期の遅角を開始する。その際、始動トルクＴｒｑが閾値以上であれば、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角される。始動トルクＴｒｑが閾値以上であるときは燃料の気化遅れが発生し難いため、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されても、混合気の燃焼状態が不安定になり難い。その結果、内燃機関１のドライバビリティを低下させることなく、排気温度を上昇させることができる。一方、始動トルクＴｒｑが閾値未満である場合は、点火時期は、直ちに目標点火時期まで遅角させられず、前記遅延期間の経過後に目標点火時期に遅角される。前記遅延期間では、筒内温度が徐々に上昇するとともに燃料の気化遅れが徐々に短縮されるため、点火時期を徐々に遅角させることにより、混合気の燃焼状態を不安定にすることなく、排気温度を上昇させることができる。なお、前記遅延期間において、点火時期の遅角量を時間の経過に対して対数関数的に増加させる場合は、遅延期間の初期における単位時間あたりの遅角量を多くするとともに、遅延期間の終期における単位時間あたりの遅角量を少なくすればよい。

なお、ＥＣＵ２０がＳ１０４乃至Ｓ１０６の処理を実行することにより、本発明に係わる昇温手段及び制御手段が実現される。その結果、燃料性状が重質である場合や筒内温度が著しく低い場合であっても、内燃機関１のドライバビリティを低下させることなく、排気浄化装置８１を可及的速やかに昇温させることができる。

以上述べた実施例では、点火時期の遅角量を徐々に増加させる際に、点火時期の遅角量を連続的に増加させる例について述べたが、図９に示すように、点火時期の遅角量を段階的に増加させてもよい。その際、各段階の遅角量が維持される期間（図９中のａ）を時間の経過とともに長くし、又は一段階あたりの遅角量の増加量（図９中のｂ）を時間の経過とともに小さくすることにより、時間の経過に応じて点火時期の遅角量を対数関数的に増加させることもできる。

また、以上述べた実施例では、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に本発明を適用する例について述べたが、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に本発明を適用してもよい。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図１０乃至図１１に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、内燃機関１の始動トルクの大きさに応じて遅延期間の長さや初期遅角量を変更する例について述べたが、本実施例では、内燃機関１の始動トルクの大きさに応じて遅延時間の長さや初期遅角量を変更するとともに、圧縮行程噴射の時期や燃料噴射量も変更する点にある。

内燃機関１の始動完了後に圧縮行程噴射が実施される場合や、圧縮行程噴射と吸気行程中の燃料噴射（吸気行程噴射）が併用される場合に、燃料性状が重質であったり、或いは筒内温度が低かったりすると、圧縮行程噴射された燃料の気化遅れが発生する。そのため、点火プラグ６周辺の燃料濃度が薄くなり易い。そのような状況下において点火時期が遅角されると、点火プラグ６周辺の燃料濃度がさらに薄くなる可能性がある。

そこで、本実施例の昇温処理では、内燃機関１の始動トルクが閾値より小さい場合、言い換えれば、点火時期の遅角が開始される時点と実際の点火時期が目標点火時期と等しくなる時点との間に遅延期間が設けられる場合は、図１０中の実線で示すように、圧縮行程噴射の噴射時期も遅角させ、およびまたは吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の燃料噴射割合を増加させるようにした。その際の遅角量と噴射割合は、内燃機関１の始動トルクが小さくなるほど大きくされることが望ましい。このように圧縮行程噴射の噴射量、およびまたは吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合が変更されると、点火プラグ６周辺における燃料濃度の低下を抑制することができる。その結果、燃料の着火性が高まるとともに、混合気の燃焼状態が一層安定する。

ところで、内燃機関１の始動トルクが閾値以上であっても、燃料の重質度合いがある程度大きい場合や筒内温度がある程度低い場合は、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されると、目標点火時期における点火プラグ６周辺の燃料濃度が十分に濃くならない可能性がある。

そこで、本実施例の昇温処理では、内燃機関１の始動トルクが閾値以上であり、且つ適正値より小さい場合は、図１０中の一点鎖線で示すように、点火時期を直ちに目標点火時期まで遅角させるとともに、圧縮行程噴射の噴射時期を遅角させ、およびまたは吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合を増加させるようにした。ここでいう「適正値」は、点火時期が直ちに目標点火時期まで遅角されたときに、圧縮行程噴射の噴射時期が既定の噴射時期に設定され、且つ吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合が既定の噴射割合に設定されても、点火プラグ６周辺の燃料濃度が十分に高くなると考えられる最小の始動トルク、若しくはその最小の始動トルクにマージンを加算した値である。なお、噴射
時期の遅角量と噴射割合の増加量は、内燃機関１の始動トルクが小さくなるほど大きくされることが望ましい。

また、内燃機関１の始動トルクが前記適正値以上であるときは、図１０中の実線で示すように、点火時期を直ちに目標点火時期まで遅角させるとともに、圧縮行程噴射の噴射時期、及び吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合を既定値に設定する。

このような方法により、圧縮行程噴射の噴射時期や、吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合が設定されると、点火時期が直ちに目標点火時期に遅角された場合に、混合気の燃焼状態をより確実に安定させることができる。

以下、本実施例における昇温処理の実行手順について図１１に沿って説明する。図１１は、昇温処理が実施される際に、ＥＣＵ２０が実行する処理ルーチンである。図１１の処理ルーチンにおいて、前述した第１の実施例の処理ルーチン（図８を参照）と同様の処理には同一の符号が付されている。

図１１の処理ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６の処理を実行した後に、Ｓ２０１及びＳ２０２の処理を実行する。Ｓ２０１の処理では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の始動トルクＴｒｑが適正値Ｔｒｑｔｈｒより小さいか否かを判別する。Ｓ２０１において肯定判定された場合（Ｔｒｑ＜Ｔｒｑｔｈｒ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０２の処理へ進む。

Ｓ２０２の処理では、ＥＣＵ２０は、圧縮行程噴射の噴射時期を遅角させ、およびまたは吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合を増加させる。その際の遅角量或いは噴射割合の増加量は、始動トルクＴｒｑが小さくなるほど大きくされる。このように圧縮行程噴射の噴射時期、およびまたは吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合が変更されると、点火時期が遅角された場合に混合気の着火性を高めることができる。その結果、混合気の燃焼安定を一層安定させることができる。

なお、前記Ｓ２０１の処理において否定判定された場合（Ｔｒｑ≧Ｔｒｑｔｈｒ）は、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０２の処理をスキップしてＳ１０７の処理へ進む。その場合、圧縮行程噴射の噴射時期、およびまたは吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合は、既定値に設定される。

以上述べた実施例によれば、昇温処理において点火時期が遅角された場合に、混合気の燃焼状態を一層安定させることができる。その結果、内燃機関１のドライバビリティの低下をより確実に抑制しつつ、排気温度をより確実に上昇させることができる。

なお、本実施例では、気筒内に燃料噴射弁を備えた火花点火式の内燃機関において昇温処理を実施する例について述べたが、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関において昇温処理が実施される場合は、吸気行程噴射に対する圧縮行程噴射の噴射割合を増加させる代わりに、吸気ポートへ噴射される燃料量に対する圧縮行程噴射される燃料量の割合を変更すればよい。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ コネクティングロッド
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
９ 吸気バルブ
１０ 排気バルブ
１１ 水温センサ
２１ クランクポジションセンサ
２２ アクセルポジションセンサ
７０ 吸気通路
７１ スロットル弁
７２ エアフローメータ
８０ 排気通路
８１ 排気浄化装置
８２ 排気温度センサ

Claims (4)

1. 排気温度の上昇を目的として、点火時期を所定の目標点火時期まで遅角させる処理である昇温処理を実行する昇温手段と、
   内燃機関が始動過程において発生したトルクである始動トルクを取得する取得手段と、
   前記取得手段によって取得された始動トルクが小さい場合は大きい場合に比べ、前記昇温処理において点火時期の遅角が開始されてから実際の点火時期が目標点火時期と等しくなるまでに要する期間を長くする制御手段と、
   を備える内燃機関の制御装置。
2. 請求項１において、前記制御手段は、前記期間を長くする場合に、点火時期の遅角量を連続的に増加させる内燃機関の制御装置。
3. 請求項２において、前記制御手段は、点火時期の遅角量を連続的に増加させる場合に、時間の経過とともに点火時期の遅角量を対数関数的に増加させる内燃機関の制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、前記制御手段は、前記始動トルクが閾値以上であるときは点火時期を直ちに目標点火時期まで遅角させ、前記始動トルクが前記閾値未満であるときは前記始動トルクが小さくなるほど前記期間を長くする内燃機関の制御装置。

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