JP4148081B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、点火時期を遅角補正して触媒装置を昇温させる内燃機関の制御装置に関するものである。

内燃機関の排気系に設けられる排気浄化用の触媒装置は、所定の活性化温度にまで昇温されることによりその浄化機能が発揮される。そこで、機関始動時などのように触媒装置の温度が低い状態では、点火時期を遅角補正して排気温度を上昇させることにより触媒装置を早期に活性化させるといった触媒装置の昇温制御が行われる。

ここで、点火時期制御装置によって設定される点火時期指令値が触媒装置の暖機に適した値に設定されているか、換言すれば触媒装置の昇温制御が実際になされているか否かを診断するために、例えば特許文献１に記載の装置では、触媒装置暖機中の所定タイミングに設定される点火時期が予め設定された範囲内にあるか否かを監視するようにしている。
特開２００１−１３２５１９号公報

ところで上記特許文献１に記載の装置では、点火時期の値そのものを用いて昇温制御の診断を行うようにしているため、以下のような不具合が生じるおそれがある。
すなわち、点火時期は基本的に機関運転状態等に対応して設定されるため、昇温制御の実行期間中にあっても一時的に上記範囲外の値になることが考えられる。ここで、昇温制御実行中に点火時期を遅角補正している期間が十分に確保されていれば、一時的に点火時期の遅角量が不足しても触媒装置の昇温は十分行うことができる。すなわち上記特許文献１に記載の装置では、昇温制御によって触媒装置の昇温が十分に行われているにもかかわらず、一時的な点火時期の変動に起因して昇温制御に異常あり、と誤診断されるおそれがある。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒装置の昇温制御についてその異常の有無をより精度よく診断することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、機関運転状態に基づいて設定される点火時期を遅角補正して触媒装置の昇温制御を実行する内燃機関の制御装置において、前記昇温制御の実行中における点火時期が閾値を越えて進角側に設定された累積時間と前記触媒装置の温度が高いほど長い時間に設定される所定の累積時間判定値とを比較することにより、前記昇温制御の異常についてその有無を診断する診断手段を備えることをその要旨とする。

昇温制御によって遅角補正される点火時期が閾値を越えて進角側に設定された状態、すなわち触媒装置が温度の低い排気に曝されていた状態についてその累積時間を算出することにより、触媒装置の昇温状態は監視することができる。そこで上記構成では、このような累積時間に基づく触媒昇温状態の監視を通じて上記昇温制御の診断を行うようにしている。従って、上述したような一時的な点火時期の変動に影響を受けることなく、昇温制御についてその異常の有無をより精度よく診断することができるようになる。

このような診断手段については、前記診断手段は前記累積時間と所定の累積時間判定値とを比較して前記診断を行う、といった構成を採用することにより上記昇温制御の診断を好適に行うことができるようになる。

なお、累積時間判定値との比較に基づき上記診断を行う際には、進角側の累積時間が累積時間判定値を越えた場合に昇温制御に異常が有る旨判断するといった態様や、進角側の累積時間が累積時間判定値に満たない場合に昇温制御に異常が無い旨判断するといった態様をもって同診断を行うことができる。

さらに、累積時間の正常判定値と異常判定値とを個別に設定し、進角側の累積時間が正常判定値よりも短い場合には正常、異常判定値よりも長い場合には異常、正常判定値と異常判定値との間の時間である場合には判定保留といった診断態様を採用することもできる。

なお、進角側の累積時間が長くても触媒装置の温度が高ければその悪影響は小さなものとなる。そこで、前記累積時間判定値は前記触媒装置の温度が高いほど長い時間に設定される、といった設定態様を採用することにより、累積時間判定値を好適に設定することができる。この場合には、昇温制御の診断をより精度よく実施することができるようになる。なお、触媒装置の温度は冷却水温や機関始動前の機関停止時間、或いは機関負荷等から推定することができるほか、センサ等によって直接検出することもできる。

請求項２に記載の発明は、機関運転状態に基づいて設定される点火時期を遅角補正して触媒装置の昇温制御を実行する内燃機関の制御装置において、前記昇温制御の実行中における点火時期が閾値を越えて遅角側に設定された累積時間と前記触媒装置の温度が高いほど短い時間に設定される所定の累積時間判定値とを比較することにより、前記昇温制御の異常についてその有無を診断する診断手段を備えることをその要旨とする。

昇温制御によって遅角補正される点火時期が閾値を越えて遅角側に設定された状態、すなわち触媒装置が温度の高い排気に曝されていた状態についてその累積時間を算出することにより、触媒装置の昇温状態は監視することができる。そこで上記構成では、このような累積時間に基づく触媒昇温状態の監視を通じて上記昇温制御の診断を行うようにしている。従って、上述したような一時的な点火時期の変動に影響を受けることなく、昇温制御についてその異常の有無をより精度よく診断することができるようになる。

このような診断手段については、前記診断手段は前記累積時間と所定の累積時間判定値とを比較して前記診断を行う、といった構成を採用することにより上記昇温制御の診断を好適に行うことができるようになる。

なお、累積時間判定値との比較に基づき上記診断を行う際には、遅角側の累積時間が累積時間判定値を越えた場合に昇温制御に異常が無い旨判断するといった態様や、遅角側の累積時間が累積時間判定値に満たない場合に昇温制御に異常が有る旨判断するといった態様をもって同診断を行うことができる。

さらに、累積時間の正常判定値と異常判定値とを個別に設定し、遅角側の累積時間が正常判定値よりも長い場合には正常、異常判定値よりも短い場合には異常、正常判定値と異常判定値との間の時間である場合には判定保留といった診断態様を採用することもできる。

なお、遅角側の累積時間が短くても触媒装置の温度が高ければその悪影響は小さなものとなる。そこで、前記累積時間判定値は前記触媒装置の温度が高いほど短い時間に設定される、といった設定態様を採用することにより、累積時間判定値を好適に設定することができる。この場合には、昇温制御の診断をより精度よく実施することができるようになる。なお、触媒装置の温度は冷却水温や機関始動前の機関停止時間、或いは機関負荷等から推定することができるほか、センサ等によって直接検出することもできる。

また、上記閾値については所定の固定値とする他、請求項３に記載の発明によるように、機関運転状態に基づいて設定される前記点火時期に所定の点火時期判定値を加算した値を前記閾値として設定する、といった構成を採用することができる。この場合には、昇温制御中に設定される点火時期の変化に追従して上記閾値も変化するようになるため、機関運転状態に基づいて設定される点火時期の変化を考慮した好適な閾値が設定される。従って、昇温制御の診断をより精度よく実施することができるようになる。

なお、点火時期の進角量が大きくても触媒装置の温度が高ければその悪影響は小さなものとなる。そこで、この点火時期判定値については所定の固定値とする他、請求項４に記載の発明によるように、前記点火時期判定値は前記触媒装置の温度が高いほど進角側の値に設定される、といった設定態様を採用することにより、点火時期判定値を好適に設定することができる。この場合には、昇温制御の診断をより精度よく実施することができるようになる。なお、触媒装置の温度は冷却水温や機関始動前の機関停止時間、或いは機関負荷等から推定することができるほか、センサ等によって直接検出することもできる。

（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した第１の実施形態について図１〜図３に基づき、詳細に説明する。

図１は、この制御装置が適用されるガソリン機関１とともに、その周辺構成を示す概略構成図である。
ガソリン機関１は複数の気筒を有しており、そのシリンダブロック２には、複数のシリンダ４が設けられている（図１では便宜上、１つのみを図示）。このシリンダ４内にはピストン５が設けられており、このピストン５は、コンロッド６を介して機関出力軸であるクランクシャフト７に連結されている。

シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド３が取り付けられている。そして、上記シリンダ４においてピストン５の上端とシリンダヘッド３との間には、燃焼室８が形成されている。また、シリンダヘッド３には、燃焼室８内の混合気を火花点火するための点火プラグ１１が各気筒に対応してそれぞれ設けられている。

また、シリンダヘッド３には、燃焼室８への吸気流路である吸気ポート９と同燃焼室８からの排気流路である排気ポート１０とが、１つの気筒に対してそれぞれ設けられている。吸気ポート９には同ポートを開閉する吸気弁１２が設けられており、排気ポート１０には同ポートを開閉する排気弁１３が設けられている。また、各気筒毎に設けられた燃料噴射弁３５は、吸気ポート９内に向けて燃料を噴射する。

吸気ポート９及び排気ポート１０は、それぞれ吸気通路２０及び排気通路２１に接続されている。吸気通路２０内には、アクセルペダルの操作に基づいて駆動されるアクチュエータ２２によってその開度が調整されるスロットル弁２３が設けられている。このスロットル弁２３の開度を変更することにより燃焼室８内へ吸入される空気量が調量される。

また、排気通路２１には排気浄化機能を有する触媒装置３０が設けられており、同触媒装置３０の温度が所定の高温状態にあるときに排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯｘ）等が浄化される。

他方、ガソリン機関１には、機関運転状態を検出するための各種センサが備えられている。例えば、上記クランクシャフト７には、同クランクシャフト７と一体回転可能なクランクロータ４０が設けられており、このクランクロータ４０の近傍にはクランクシャフト７の回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する機関回転速度センサ４１が設けられている。また、上記スロットル弁２３の近傍に設けられるスロットル開度センサ４２は、スロットル弁２３の開度ＴＡ（スロットル開度ＴＡ）を検出する。また、上記スロットル弁２３の上流側に設けられるエアフロメータ４３により、吸気通路２０を流れる吸入空気量ＱＡが検出される。また、上記シリンダブロック２に設けられる水温センサ４４により、冷却水温ＴＨＷが検出される。そして、排気通路２１に設けられる空燃比センサ４５によって排気中の酸素濃度が検出される。また、スタータスイッチ４６は機関始動用のスタータモータが作動しているときにオン信号を出力し、非作動時にオフ信号を出力する。

上記ガソリン機関１の点火時期制御や燃料噴射制御等の各種制御は、制御装置５０によって行われる。この制御装置５０は中央処理制御装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータを中心として構成されている。例えば制御装置５０には、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等が設けられている。

そして、上記機関回転速度センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフロメータ４３、水温センサ４４、及び空燃比センサ４５等からの出力信号は入力インターフェースに入力され、これら各種センサ等によりガソリン機関１の運転状態が検出される。

一方、出力インターフェースは、各々対応する駆動回路等を介して燃料噴射弁３５、点火プラグ１１に高電圧を印可するイグニッションコイル４８、及びスロットル弁２３のアクチュエータ２２等に接続されている。そして、制御装置５０は上記の各種センサ等からの信号に基づき、ＲＯＭ内に格納された制御プログラム及び制御データに従って、上記燃料噴射弁３５、イグニッションコイル４８、及びアクチュエータ２２等を制御する。

さて、上記制御装置５０は、吸入空気量ＱＡやスロットル開度ＴＡ等から算出される機関負荷と機関回転速度ＮＥとに基づいて基本点火時期ＩＧＮｂを設定する。そしてノッキング制御や機関状態等に基づいて算出される補正値を用いて基本点火時期ＩＧＮｂを補正し、最終点火時期ＩＧＮｆを算出する。なお以下では、圧縮上死点ＴＤＣを「０」として、圧縮上死点前ＢＴＤＣに設定される点火時期を正の値とし、圧縮上死点後ＡＴＤＣに設定される点火時期を負の値とする。従って、進角側に設定されるほど点火時期の値は大きくなる。

ここで、冷間始動時や半暖機状態からの機関始動時では触媒装置３０の温度が低いために、その排気浄化機能を十分に発揮することができない。そこで本実施形態では、このような機関始動時には上記点火時期を遅角補正して触媒装置を早期に昇温させるといった昇温制御を行うようにしている。具体的には、機関始動時の冷却水温ＴＨＷ等に基づいて算出される遅角補正量を用いて上記最終点火時期ＩＧＮｆを遅角補正することにより、昇温制御の非実行時と比較して、最終点火時期ＩＧＮｆがより遅角側の値に設定されるようにし、これにより排気の温度を上昇させて触媒装置３０の早期活性化を図るようにしている。

ここで、昇温制御実行中に設定される最終点火時期ＩＧＮｆが触媒装置３０の暖機に適した値に設定されない場合（例えば上記遅角補正前の点火時期が過度に進角側の値であるため、遅角補正を行っても最終点火時期ＩＧＮｆが十分に遅角されないような場合）には、触媒装置３０の昇温が十分になされないおそれがある。そこで、本実施形態では、上記点火時期遅角による昇温制御の異常についてその有無を診断する診断手段を備えるようにしている。以下、この診断処理について図２、図３を併せ参照して説明する。

図２は制御装置５０によって実行される昇温制御の診断処理手順を示している。
この処理が開始されるとまず、診断条件が成立しているか否かが判断される（Ｓ１００）。本実施形態では、例えば下記の（ａ１）〜（ａ５）等の条件すべての成立をもって、診断条件が成立している旨の判断がなされる。

（ａ１）機関始動時から所定時間（例えば２秒）以上経過している。
（ａ２）冷却水温ＴＨＷが所定の範囲内（例えば−１０℃〜５０℃の範囲内）にある。
（ａ３）スタータ信号がオフである。

（ａ４）フューエルカット復帰時に実行される復帰用点火時期制御が終了している。
（ａ５）次の（ａ５−１）または（ａ５−２）の条件が成立している。
（ａ５−１）バッテリ電圧が所定値（例えば１１Ｖ）以上である。

（ａ５−２）機関始動がなされてから所定時間経過するまでの間（例えば５秒以内）であって、且つバッテリ電圧が上記所定値よりも低く設定された始動時電圧所定値（例えば８Ｖ）以上である。

なお、（ａ１）及び（ａ２）の条件は昇温制御が実行されているか否かを判断するための条件である。またスタータが作動しているときの機関回転速度ＮＥは過度に低く、正常な点火時期が設定されないため、（ａ３）の条件が設けられている。また、フューエルカット復帰用の点火時期制御が実施されているときには昇温制御用の点火時期が設定されないため、（ａ４）の条件が設けられている。なお、機関始動時においてフューエルカットが行われる状況としては、例えば、運転者がアクセルペダルを大きく踏み込み、機関回転速度がフューエルカット実行回転速度にまで達するような状況が想定される。また、バッテリ電圧が過度に低いと点火プラグのスパークが弱くなるなどして機関運転状態が不安定になるため、（ａ５−１）の条件が設けられている。ただし、機関始動直後はバッテリ電圧が一時的に低下する場合もあるため、診断条件の成立頻度、換言すれば昇温制御の診断頻度をより多く確保するために（ａ５−２）の条件が設けられている。

そして、上記診断条件が成立していないときには（Ｓ１００でＮＯ）、本処理は一旦終了される。
他方、上記診断条件が成立しているときには（Ｓ１００でＹＥＳ）、上記診断条件が成立している時間である診断条件成立時間ＴＭの積算が開始される（Ｓ１１０）。このような診断条件成立時間ＴＭの積算は制御装置５０内のタイマカウンタで行われる。

次に診断条件が成立している間の進角側累積時間ＡＤが算出される（Ｓ１２０）。この進角側累積時間ＡＤは、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値を越えて進角側に設定された状態、換言すれば触媒装置３０が温度の低い排気に曝されていた状態についてその累積時間を求めたものであり、この進角側累積時間ＡＤが長くなるほど、触媒装置３０の昇温は抑制される。すなわち進角側累積時間ＡＤに基づいて触媒装置３０の昇温状態を監視することができる。そして進角側累積時間ＡＤは、以下に示す条件式（１）が成立していた時間の累積値として算出される。

最終点火時期なまし値ＩＧＮｆＮ
≧閾値α（＝基本点火時期なまし値ＩＧＮｂＮ＋点火時期判定値β） …（１）

なお、最終点火時期ＩＧＮｆや基本点火時期ＩＧＮｂは機関運転状態等に応じて変動するため、本実施形態では最終点火時期ＩＧＮｆ及び基本点火時期ＩＧＮｂをそれぞれ徐変処理した最終点火時期なまし値ＩＧＮｆＮ及び基本点火時期なまし値ＩＧＮｂＮを用いて上記条件式（１）の判定を行うことにより、その判定精度が安定するようにしている。

また、閾値αは最終点火時期ＩＧＮｆが確実に遅角補正されているか否かを判定するための値として設定されている。ここで、基本点火時期ＩＧＮｂは機関運転状態に応じて変化するため、最終点火時期ＩＧＮｆも同運転状態に応じて変化する。そこで、この最終点火時期ＩＧＮｆの変化に閾値αを追従させるために、閾値αは基本点火時期なまし値ＩＧＮｂＮに点火時期判定値βを加算した値として設定される。なお、点火時期判定値βは触媒装置３０の昇温に必要な点火時期遅角量が設定されているか否かを判定するための固定値として予め設定されている。そしてこのような設定態様により、閾値αは昇温制御中に可変設定される最終点火時期ＩＧＮｆの変化に追従し、条件式（１）の判定精度が向上する。従って、本処理による昇温制御の診断もより精度よく実施される。

こうして、最終点火時期ＩＧＮｆの遅角量が不足している場合（最終点火時期ＩＧＮｆの進角量が大きすぎる場合）には条件式（１）が成立する。
次に、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴに達したか否かが判断される（Ｓ１３０）。本実施形態ではこの診断タイミング時間ＤＴを１０秒に設定しているが、何らこの値に限定するものではない。そして、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴに満たない場合には（Ｓ１３０でＮＯ）、本処理は一旦終了され、再び、診断条件成立時間ＴＭの積算が継続される。

一方、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴ以上となった場合には（Ｓ１３０でＹＥＳ）、進角側累積時間ＡＤが累積時間判定値Ａ未満であるか否かが判断される（Ｓ１４０）。この累積時間判定値Ａは触媒装置３０の昇温が十分になされているか否かを判定するための値であり、本実施形態では８秒に設定されている。なお、この累積時間判定値Ａは８秒以外の値を設定することもできる。

そして、進角側累積時間ＡＤが累積時間判定値Ａ未満である場合には（Ｓ１４０でＹＥＳ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも進角側に設定されていた時間は短い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が長いため、触媒装置の昇温は十分になされていたと判断することができる。そのため昇温制御に異常がなく、正常に実施されていると判定される（Ｓ１５０）。そして、診断後処理として診断条件成立時間ＴＭ及び進角側累積時間ＡＤが「０」にクリヤされ（Ｓ１６０）、本処理は一旦終了される。

一方、進角側累積時間ＡＤが累積時間判定値Ａ以上である場合には（Ｓ１４０でＮＯ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも進角側に設定されていた時間は長い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が短いため、触媒装置の昇温は十分になされていないと判断することができる。そのため昇温制御に異常ありと判定される（Ｓ１７０）。そして、上記診断後処理が行われて（Ｓ１６０）、本処理は一旦終了される。

図３は上記診断処理が実行されるときの診断条件成立時間ＴＭ及び進角側累積時間ＡＤについて、それらの時間的推移を示している。
まず、機関始動がなされ上記診断条件（ａ１）〜（ａ５）が成立すると（時刻ｔ１）、診断条件成立時間ＴＭの算出が開始される。そして診断条件成立中にあって、最終点火時期なまし値ＩＧＮｆＮが閾値αを越えて進角側に設定されると（時刻ｔ２以降）、進角側累積時間ＡＤの積算が行われる。その後診断条件が一時的に不成立になると（時刻ｔ３）診断条件成立時間ＴＭ及び進角側累積時間ＡＤの積算処理が一時的に中断され、再び診断条件が成立すると（時刻ｔ４）同積算処理が再開される。そして、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴに達すると（時刻ｔ５）、進角側累積時間ＡＤが累積時間判定値Ａ未満であるか否かが判断され、これにより触媒装置３０の昇温制御の異常についてその有無が診断される。そして、昇温制御の診断がなされると診断条件成立時間ＴＭ及び進角側累積時間ＡＤはクリヤされる。

なお、点火時期の値そのものを所定の閾値と比較することによって昇温制御の診断を行う場合には、触媒装置が十分昇温されているにもかかわらず、昇温制御に異常有りと診断されるおそれがある。この点、本実施形態では点火時期が所定の閾値を越えた時間を利用して昇温制御の診断を行うようにしている。そのため触媒装置の昇温が過不足なく実施されているか否かをより精度よく判断することができ、もって昇温制御の効果が好適に得られているか否かを判断することができる。すなわち、昇温制御の診断精度をより向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）昇温制御によって遅角補正される点火時期が閾値αを越えて進角側に設定された状態、すなわち触媒装置が温度の低い排気に曝されていた状態についてその累積時間を算出することにより、触媒装置の昇温状態は監視することができる。そこで本実施形態ではこのような累積時間（進角側累積時間ＡＤ）に基づく触媒昇温状態の監視を通じて昇温制御の診断を行うようにしている。具体的には、進角側累積時間ＡＤが累積時間判定値Ａ未満である場合には昇温制御に異常が無い旨の判断を行い、進角側累積時間ＡＤが累積時間判定値Ａ以上である場合には昇温制御に異常がある旨の判断を行うようにしている。従って、一時的な点火時期の変動に影響を受けることなく、昇温制御についてその異常の有無をより精度よく診断することができるようになる。

（２）基本点火時期なまし値ＩＧＮｂに上記点火時期判定値βを加算した値を上記閾値αとして設定している。そのため、昇温制御中に設定される点火時期の変化に追従して閾値αも変化するようになり、機関運転状態に基づいて設定される点火時期の変化を考慮した好適な閾値が設定される。従って、昇温制御の診断をより精度よく実施ことができるようになる。

（第２の実施形態）
次に、この発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した第２の実施形態について、図４を併せ参照して説明する。

上記第１の実施形態では、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値を越えて進角側に設定された状態（触媒装置３０が温度の低い排気に曝されていた状態）についてその累積時間である進角側累積時間ＡＤを求め、この進角側累積時間ＡＤを累積時間判定値Ａと比較することにより昇温制御の診断を行うようにした。

一方、本実施形態では、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値を越えて遅角側に設定された状態（触媒装置３０が温度の高い排気に曝されていた状態）についてその累積時間である遅角側累積時間ＲＥを求め、この遅角側累積時間ＲＥを累積時間判定値Ｂと比較して昇温制御の診断を行うようにしており、この点以外は基本的に第１の実施形態と同様である。そこで、以下ではこの相違点を中心に説明する。

図４は制御装置５０によって実行される、本実施形態における昇温制御の診断処理手順を示している。
この処理が開始されるとまず、診断条件が成立しているか否かが判断される（Ｓ２００）。このＳ２００の処理は上記Ｓ１００の処理と同一である。

そして、診断条件が成立していないときには（Ｓ２００でＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、診断条件が成立しているときには（Ｓ２００でＹＥＳ）、診断条件が成立している時間である診断条件成立時間ＴＭの積算が開始される（Ｓ２１０）。このＳ２１０の処理は上記Ｓ１１０の処理と同一である。

次に診断条件が成立している間の遅角側累積時間ＲＥが算出される（Ｓ２２０）。この遅角側累積時間ＲＥは、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値を越えて遅角側に設定された状態、換言すれば触媒装置３０が温度の高い排気に曝されていた状態についてその累積時間を求めたものであり、この遅角側累積時間ＲＥが短くなるほど、触媒装置３０の昇温は抑制される。すなわち遅角側累積時間ＲＥに基づいて触媒装置３０の昇温状態を監視することができる。そして遅角側累積時間ＲＥは、以下に示す条件式（２）が成立していた時間の累積値として算出される。

最終点火時期なまし値ＩＧＮｆＮ
≦閾値α（＝基本点火時期なまし値ＩＧＮｂＮ＋点火時期判定値β） …（２）

なお、本実施形態では点火時期判定値βを第１の実施形態と同一の値に設定しているが、この点火時期判定値βは第１の実施形態で設定される値と異なる値を設定することもできる。

こうして、最終点火時期ＩＧＮｆの遅角量が不足していない場合には条件式（２）が成立する。
次に、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴに達したか否かが判断される（Ｓ２３０）。このＳ２３０の処理は上記Ｓ１３０の処理と同一である。

そして、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴに満たない場合には（Ｓ２３０でＮＯ）、本処理は一旦終了され、再び、診断条件成立時間ＴＭの積算が継続される。
一方、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴ以上となった場合には（Ｓ２３０でＹＥＳ）、遅角側累積時間ＲＥが累積時間判定値Ｂ以上であるか否かが判断される（Ｓ２４０）。この累積時間判定値Ｂは触媒装置３０の昇温が十分になされているか否かを判定するための値であり、本実施形態では２秒に設定されている。なお、この累積時間判定値Ｂは２秒以外の値を設定することもできる。

そして、遅角側累積時間ＲＥが累積時間判定値Ｂ以上である場合には（Ｓ２４０でＹＥＳ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも遅角側に設定されていた時間は長い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が長いため、触媒装置の昇温は十分になされていたと判断することができる。そのため昇温制御に異常がなく、正常に実施されていると判定される（Ｓ２５０）。そして、診断後処理として診断条件成立時間ＴＭ及び遅角側累積時間ＲＥが「０」にクリヤされ（Ｓ２６０）、本処理は一旦終了される。

一方、遅角側累積時間ＲＥが累積時間判定値Ｂ未満である場合には（Ｓ２４０でＮＯ）、
最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも遅角側に設定されていた時間は短い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が短いため、触媒装置の昇温は十分になされていないと判断することができる。そのため昇温制御に異常ありと判定される（Ｓ２７０）。そして、上記診断後処理が行われて（Ｓ２６０）、本処理は一旦終了される。

以上説明したように、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）昇温制御によって遅角補正される点火時期が閾値αを越えて遅角側に設定された状態、すなわち触媒装置が温度の高い排気に曝されていた状態についてその累積時間を算出することにより、触媒装置の昇温状態は監視することができる。そこで本実施形態ではこのような累積時間（遅角側累積時間ＲＥ）に基づく触媒昇温状態の監視を通じて昇温制御の診断を行うようにしている。具体的には、遅角側累積時間ＲＥが累積時間判定値Ｂ以上である場合には昇温制御に異常が無い旨の判断を行い、遅角側累積時間ＲＥが累積時間判定値Ｂ未満である場合には昇温制御に異常がある旨の判断を行うようにしている。従って、一時的な点火時期の変動に影響を受けることなく、昇温制御についてその異常の有無をより精度よく診断することができるようになる。

（２）基本点火時期なまし値ＩＧＮｂに上記点火時期判定値βを加算した値を上記閾値αとして設定している。そのため、昇温制御中に設定される点火時期の変化に追従して閾値αも変化するようになり、機関運転状態に基づいて設定される点火時期の変化を考慮した好適な閾値が設定される。従って、昇温制御の診断をより精度よく実施ことができるようになる。

（第３の実施形態）
次に、この発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した第３の実施形態について、図５を併せ参照して詳細に説明する。

上記第１の実施形態では、進角側累積時間ＡＤが累積時間判定値Ａ未満である場合には昇温制御に異常がない旨の判断をし、進角側累積時間ＡＤが累積時間判定値Ａ以上である場合には昇温制御に異常が有る旨の判断をした。一方、本実施形態では、正常判定値Ｃと異常判定値Ｄとをそれぞれ設定し、昇温制御の異常についてその有無を診断するとともに、場合によっては診断を保留するようにしており、第１の実施形態における診断処理手順とはＳ１３０以降の処理が一部異なっている。そこで以下では、この相違点を中心に説明する。

図５は本実施形態における昇温制御の診断処理について、第１の実施形態とは異なるＳ１３０以降の処理手順を示している。なお、本処理も制御装置５０によって実行される。
さて、Ｓ１３０の処理によって、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴに満たない旨判断される場合には（Ｓ１３０でＮＯ）、本処理は一旦終了され、再び、診断条件成立時間ＴＭの積算が継続される。

一方、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴ以上である旨判断される場合には（Ｓ１３０でＹＥＳ）、進角側累積時間ＡＤが正常判定値Ｃ以下であるか否かが判断される（Ｓ３００）。この正常判定値Ｃは触媒装置３０の昇温が確実になされているか否かを判定するための固定値として予め設定されており、上記累積時間判定値Ａよりも短い時間が設定されている。

そして、進角側累積時間ＡＤが正常判定値Ｃ以下である場合には（Ｓ３００でＹＥＳ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも進角側に設定されていた時間は短い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が長いため、触媒装置の昇温は確実になされていたと判断することができる。そのため昇温制御に異常がなく、正常に実施されていると判定される（Ｓ１５０）。そして、診断後処理として診断条件成立時間ＴＭ及び進角側累積時間ＡＤが「０」にクリヤされ（Ｓ１６０）、本処理は一旦終了される。

一方、進角側累積時間ＡＤが正常判定値Ｃよりも長い場合には（Ｓ３００でＮＯ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも進角側に設定されていた時間は長い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が短いため、触媒装置の昇温は十分になされていない可能性がある。そこで、進角側累積時間ＡＤが異常判定値Ｄ以上であるか否かが判断される（Ｓ３１０）。この異常判定値Ｄは触媒装置３０の昇温が不足しているか否かを判定するための固定値として予め設定されており、上記正常判定値Ｃ及び累積時間判定値Ａよりも長い時間が設定されている。すなわち、累積時間判定値Ａ、正常判定値Ｃ、及び異常判定値Ｄは以下の式（３）に示す順序でより長い時間が設定されている。

正常判定値Ｃ＜累積時間判定値Ａ＜異常判定値Ｄ …（３）

そして、進角側累積時間ＡＤが異常判定値Ｄ以上である場合には（Ｓ３１０でＹＥＳ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも進角側に設定されていた時間は長い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が短いため、触媒装置の昇温が確実に不足していると判断することができる。そのため昇温制御に異常ありと判定される（Ｓ１７０）。そして、上記診断後処理が行われて（Ｓ１６０）、本処理は一旦終了される。

一方、進角側累積時間ＡＤが異常判定値Ｄ未満である場合には（Ｓ３１０でＮＯ）、進角側累積時間ＡＤが正常判定値と異常判定値との間にあり、昇温制御の異常についてその有無を確実に診断することができない旨の判断がなされ、異常の有無についての判定が保留される（Ｓ３２０）。そして、上記診断後処理が行われて（Ｓ１６０）、本処理は一旦終了される。

以上説明したように、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置によれば、第１の実施形態による効果に加え、更に次のような効果を得ることができる。
（１）触媒装置の昇温が確実になされていることを判定するための正常判定値Ｃ、及び触媒装置の昇温が確実に不足していることを判定するための異常判定値Ｄを設定し、これらの判定値と進角側累積時間ＡＤとを比較して昇温制御の異常についてその有無を診断するようにしている。そのため、触媒装置の昇温状態をより確実に診断することができる。

（２）触媒装置の昇温状態を確実に診断することができないときには（正常判定値Ｃ＜進角側累積時間ＡＤ＜異常判定値Ｄ）、昇温制御の診断についてその判定を保留するようにしている。そのため、触媒装置の異常判定及び正常判定の信頼度も自ずと高くなる。

（第４の実施形態）
次に、この発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した第４の実施形態について、図６を併せ参照して詳細に説明する。

上記第２の実施形態では、遅角側累積時間ＲＥが累積時間判定値Ｂ以上である場合には昇温制御に異常がない旨の判断をし、遅角側累積時間ＲＥが累積時間判定値Ｂ未満である場合には昇温制御に異常が有る旨の判断をした。一方、本実施形態では、正常判定値Ｅと異常判定値Ｆとをそれぞれ設定し、昇温制御の異常についてその有無を診断するとともに、場合によっては診断を保留するようにしており、第２の実施形態における診断処理手順とはＳ２３０以降の処理が一部異なっている。そこで以下では、この相違点を中心に説明する。

図６は本実施形態における昇温制御の診断処理について、第２の実施形態とは異なるＳ２３０以降の処理手順を示している。なお、本処理も制御装置５０によって実行される。
さて、Ｓ２３０の処理によって、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴに満たない旨判断される場合には（Ｓ２３０でＮＯ）、本処理は一旦終了され、再び、診断条件成立時間ＴＭの積算が継続される。

一方、診断条件成立時間ＴＭが診断タイミング時間ＤＴ以上である旨判断される場合には（Ｓ２３０でＹＥＳ）、遅角側累積時間ＲＥが正常判定値Ｅ以上であるか否かが判断される（Ｓ４００）。この正常判定値Ｅは触媒装置３０の昇温が確実になされているか否かを判定するための固定値として予め設定されており、上記累積時間判定値Ｂよりも長い時間が設定されている。

そして、遅角側累積時間ＲＥが正常判定値Ｅ以上である場合には（Ｓ４００でＹＥＳ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも遅角側に設定されていた時間は長い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が長いため、触媒装置の昇温は確実になされていたと判断することができる。そのため昇温制御に異常がなく、正常に実施されていると判定される（Ｓ２５０）。そして、診断後処理として診断条件成立時間ＴＭ及び遅角側累積時間ＲＥが「０」にクリヤされ（Ｓ２６０）、本処理は一旦終了される。

一方、遅角側累積時間ＲＥが正常判定値Ｅよりも短い場合には（Ｓ４００でＮＯ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも遅角側に設定されていた時間は短い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が短いため、触媒装置の昇温は十分になされていない可能性がある。そこで、遅角側累積時間ＲＥが異常判定値Ｆ以下であるか否かが判断される（Ｓ４１０）。この異常判定値Ｆは触媒装置３０の昇温が不足しているか否かを判定するための固定値として予め設定されており、上記正常判定値Ｅ及び累積時間判定値Ｂよりも長い時間が設定されている。すなわち、累積時間判定値Ｂ、正常判定値Ｅ、及び異常判定値Ｆは以下の式（４）に示す順序でより長い時間が設定されている。

異常判定値Ｆ＜累積時間判定値Ｂ＜正常判定値Ｅ …（４）

そして、遅角側累積時間ＲＥが異常判定値Ｆ以下である場合には（Ｓ４１０でＹＥＳ）、最終点火時期ＩＧＮｆが閾値αよりも遅角側に設定されていた時間は短い、換言すれば正常に遅角補正されていた時間が短いため、触媒装置の昇温が確実に不足していると判断することができる。そのため昇温制御に異常ありと判定される（Ｓ２７０）。そして、上記診断後処理が行われて（Ｓ２６０）、本処理は一旦終了される。

一方、遅角側累積時間ＲＥが異常判定値Ｆよりも長い場合には（Ｓ４１０でＮＯ）、遅角側累積時間ＲＥが正常判定値Ｅと異常判定値Ｆとの間にあり、昇温制御の異常についてその有無を確実に診断することができない旨の判断がなされ、異常の有無についての判定が保留される（Ｓ４２０）。そして、上記診断後処理が行われて（Ｓ２６０）、本処理は一旦終了される。

以上説明したように、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置によれば、第２の実施形態による効果に加え、更に次のような効果を得ることができる。
（１）触媒装置の昇温が確実になされていることを判定するための正常判定値Ｅ、及び触媒装置の昇温が確実に不足していることを判定するための異常判定値Ｆを設定し、これらの判定値と遅角側累積時間ＲＥとを比較して昇温制御の異常についてその有無を診断するようにしている。そのため、触媒装置の昇温状態をより確実に診断することができる。

（２）触媒装置の昇温状態を確実に診断することができないときには（異常判定値Ｆ＜遅角側累積時間ＲＥ＜正常判定値Ｅ）、昇温制御の診断についてその判定を保留するようにしている。そのため、触媒装置の異常判定及び正常判定の信頼度も自ずと高くなる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記第１及び第３の実施形態で行われる、進角側累積時間ＡＤと所定の判定値との比較結果に基づく正常或いは異常の判定を仮判定とし、正常との仮判定が複数回なされることをもって昇温制御に異常がない旨の最終診断を行い、異常有りとの仮判定が複数回なされることをもって昇温制御に異常がある旨の最終診断を行うようにしてもよい。

同様に上記第２及び第４実施形態で行われる、遅角側累積時間ＲＥと所定の判定値との比較結果に基づく正常或いは異常の判定を仮判定とし、正常との仮判定が複数回なされることをもって昇温制御に異常がない旨の最終診断を行い、異常有りとの仮判定が複数回なされることをもって昇温制御に異常がある旨の最終診断を行うようにしてもよい。

・上記各実施形態では、累積時間判定値Ａ及びＢ、正常判定値Ｃ及びＥ、異常判定値Ｄ及びＦをそれぞれ固定値として設定するようにした。ここで、進角側累積時間ＡＤが長い場合、あるいは遅角側累積時間ＲＥが短い場合などのように、触媒装置３０が高温の排気に曝される時間が短い場合でも、同触媒装置３０自体の温度が高ければその昇温は十分に行われる。すなわち進角側累積時間ＡＤが長くても、あるいは遅角側累積時間ＲＥが短くても触媒装置３０の温度が高ければその悪影響は小さなものとなる。そこで、第１の実施形態における累積時間判定値Ａを触媒装置３０の温度に応じて可変設定するようにしてもよい。例えば図７に実線で例示するように、触媒装置３０の温度が高いほど累積時間判定値Ａは長い時間に設定される、といった設定態様を採用することができる。この場合には、進角側累積時間ＡＤが長くても触媒装置３０の温度が高ければ昇温制御に異常なしと判定されるようになるため、触媒装置３０の昇温状態により対応した診断がなされる。すなわち触媒装置３０自体の温度と排気からの受熱時間とを考慮した累積時間判定値Ａが設定されるようになる。このように触媒装置３０の昇温状態を判定するための累積時間判定値Ａが触媒装置３０の温度に応じて可変設定されるようになるため、触媒装置３０の昇温状態をより精度よく把握することができ、ひいては上記診断の精度を高めることができる。

同様に、第２の実施形態にあっても累積時間判定値Ｂを触媒装置３０の温度に応じて可変設定するようにしてもよい。例えば図７に破線で例示するように、触媒装置３０の温度が高いほど累積時間判定値Ｂは短い時間に設定される、といった設定態様を採用することができる。この場合には、遅角側累積時間ＲＥが短くても触媒装置３０の温度が高ければ昇温制御に異常なしと判定されるようになるため、触媒装置３０の昇温状態により対応した診断がなされるようになる。

同様に、第３の実施形態にあっても正常判定値Ｃ及び異常判定値Ｄを触媒装置３０の温度に応じて可変設定するようにしてもよい。例えば図８に例示するように、触媒装置３０の温度が高いほど正常判定値Ｃ及び異常判定値Ｄはより長い時間に設定される、といった設定態様を採用することができる。この場合には、進角側累積時間ＡＤが長くても触媒装置３０の温度が高ければ昇温制御に異常なしと判定されやすくなるとともに異常有りと判定されにくくなり、触媒装置３０の昇温状態により対応した診断がなされるようになる。

同様に、第４の実施形態にあっても正常判定値Ｅ及び異常判定値Ｆを触媒装置３０の温度に応じて可変設定するようにしてもよい。例えば図９に例示するように、触媒装置３０の温度が高いほど正常判定値Ｅ及び異常判定値Ｆはより短い時間に設定される、といった設定態様を採用することができる。この場合には、遅角側累積時間ＲＥが短くても触媒装置３０の温度が高ければ昇温制御に異常なしと判定されやすくなるとともに異常有りと判定されにくくなり、触媒装置３０の昇温状態により対応した診断がなされるようになる。

なお、機関始動直後または直前の触媒装置３０の温度、あるいは診断条件成立時間ＴＭが診断タイミングＤＴ以上となったとき（Ｓ１３０、或いはＳ２３０で肯定判定されたとき）の触媒装置３０の温度に基づいて累積時間判定値Ａ及びＢ、正常判定値Ｃ及びＥ、異常判定値Ｄ及びＦを可変設定するとよい。

ちなみに触媒装置３０は、例えば機関始動時の冷却水温ＴＨＷが高いほど、機関始動前の機関停止時間が短いほど、或いは機関負荷が高いほどその温度は高くなる。そこでこのような触媒装置３０の温度と相関関係にある各種パラメータに基づいて触媒装置３０の温度は推定することができる。また、温度センサ等によって触媒装置３０の温度は直接検出することもできる。

・上記点火時期判定値βは触媒装置３０の昇温に必要な点火時期遅角量が設定されているか否かを判定するために設定される値であった。ここで、最終点火時期ＩＧＮｆの進角量が大きく、排気温度の上昇度合が小さくなる場合などでも、触媒装置３０自体の温度が高ければその昇温は十分に行われる。すなわち点火時期の進角量が大きくても触媒装置３０の温度が高ければその悪影響は小さなものとなる。そこで上記各実施形態では点火時期判定値βは固定値とした設定したがこれに代えて、触媒装置３０の温度に応じて点火時期判定値βを可変設定するようにしてもよい。例えば図１０に例示するように、触媒装置３０の温度が高いほど点火時期判定値βはより大きい値になるように、すなわち点火時期判定値βの値がより進角側の値に可変設定される、といった設定態様を採用することにより、触媒装置３０の昇温に必要な点火時期遅角量が設定されているか否かの判定をより好適に行うことができる。すなわち触媒装置３０自体の温度と排気からの受熱量とを考慮した点火時期判定値βが設定されるようになる。このように触媒装置３０の昇温状態の判定に関与する点火時期判定値βが触媒装置３０の温度に応じて可変設定されるようになるため、触媒装置３０の昇温状態をより精度よく把握することができ、ひいては上記診断の精度を高めることができる。

・上記各実施形態における閾値αを機関回転速度ＮＥ及び機関負荷等といった機関運転状態から直接求められる可変値としてもよい。また、触媒装置３０の昇温に必要な最低限の遅角量が設定された点火時期を固定値として閾値αに設定してもよい。

・上記各実施形態では基本点火時期なまし値ＩＧＮｂＮに点火時期判定値βを加算した値を閾値αとして設定したが、基本点火時期なまし値ＩＧＮｂＮ、或いは基本点火時期ＩＧＮｂに所定の補正係数を乗算した値を閾値αとして設定するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、最終点火時期なまし値ＩＧＮｆＮや基本点火時期なまし値ＩＧＮｂＮを用いて上記条件式（１）及び条件式（２）の判定を行うようにしたが、徐変処理を行うことなく、直接最終点火時期ＩＧＮｆや基本点火時期ＩＧＮｂを用いて条件式（１）及び条件式（２）の判定を行うようにしてもよい。

・診断タイミング時間ＤＴから進角側累積時間ＡＤを減算することにより、遅角側累積時間ＲＥを求めるようにしてもよい。また、診断タイミング時間ＤＴから遅角側累積時間ＲＥを減算することにより、進角側累積時間ＡＤを求めるようにしてもよい。

本発明の実施形態にかかる制御装置及び内燃機関の概略構成図。 第１の実施形態における昇温制御診断の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態において昇温制御の診断処理が実施されるときの診断条件成立時間及び進角側累積時間について、それらの時間的推移を例示するタイミングチャート。 第２の実施形態における昇温制御診断の処理手順を示すフローチャート。 第３の実施形態における昇温制御診断の処理手順を示すフローチャート。 第４の実施形態における昇温制御診断の処理手順を示すフローチャート。 第１及び第２の実施形態の変形例において、累積時間判定値の設定態様を例示するグラフ。 第３の実施形態の変形例において、正常判定値及び異常判定値の設定態様を例示するグラフ。 第４の実施形態の変形例において、正常判定値及び異常判定値の設定態様を例示するグラフ。 上記各実施形態の変形例において、点火時期判定値の設定態様を例示するグラフ。

符号の説明

１…ガソリン機関、２…シリンダブロック、３…シリンダヘッド、４…シリンダ、５…ピストン、６…コンロッド、７…クランクシャフト、８…燃焼室、９…吸気ポート、１０…排気ポート、１１…点火プラグ、１２…吸気弁、１３…排気弁、２０…吸気通路、２１…排気通路、２２…アクチュエータ、２３…スロットル弁、３０…触媒装置、３５…燃料噴射弁、４０…クランクロータ、４１…機関回転速度センサ、４２…スロットル開度センサ、４３…エアフロメータ、４４…水温センサ、４５…空燃比センサ、４６…スタータスイッチ、４８…イグニッションコイル、５０…制御装置。

Claims (4)

1. 機関運転状態に基づいて設定される点火時期を遅角補正して触媒装置の昇温制御を実行する内燃機関の制御装置において、
   前記昇温制御の実行中における点火時期が閾値を越えて進角側に設定された累積時間と前記触媒装置の温度が高いほど長い時間に設定される所定の累積時間判定値とを比較することにより、前記昇温制御の異常についてその有無を診断する診断手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 機関運転状態に基づいて設定される点火時期を遅角補正して触媒装置の昇温制御を実行する内燃機関の制御装置において、
   前記昇温制御の実行中における点火時期が閾値を越えて遅角側に設定された累積時間と前記触媒装置の温度が高いほど短い時間に設定される所定の累積時間判定値とを比較することにより、前記昇温制御の異常についてその有無を診断する診断手段を備える
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 機関運転状態に基づいて設定される前記点火時期に所定の点火時期判定値を加算した値を前記閾値として設定する
   請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記点火時期判定値は前記触媒装置の温度が高いほど進角側の値に設定される
   請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

Images