JP4525640B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、自動変速機（ＡＴ）のレンジ（シフトポジション）に応じて点火時期の遅角量が設定されている内燃機関の制御装置において、触媒の暖機を促進することが可能な内燃機関の制御装置に関する。

排気ガスを浄化する触媒が十分な浄化能力を発揮するためには、触媒の温度が活性化温度以上であることが要求される。

このため、内燃機関のコールド始動時に、触媒の温度を上昇させる制御（暖機制御）が行われることがある。例えば、内燃機関の点火時期を遅角させることにより、排気ガスの温度を上昇させることで触媒の暖機が行われる。

内燃機関のコールド始動時に触媒を暖機するために点火時期の遅角制御が行われる場合には、自動変速機（ＡＴ）の走行レンジ（Ｄレンジ）が選択されている場合の遅角量は、非走行レンジ（Ｎレンジ、Ｐレンジ）が選択されている場合の遅角量よりも小さく設定されることがある。これは、走行レンジにおいて遅角量が大きくされると、例えば、出力トルクの低下による走行時の運転性の低下等が生じるためである。

しかしながら、このようにＡＴの非走行レンジが選択されている場合の点火時期の遅角量が走行レンジが選択されている場合の点火時期の遅角量よりも大きく設定されたシステムにおいて、内燃機関の始動早々に走行レンジにシフトされた場合には、触媒の暖機が不十分な状態で遅角量が減少されることになる。このため、触媒の暖機に遅れが生じ、排気エミッションの悪化（有害物質の排出量の増加）につながる虞がある。

特開平８−２１８９９５号公報 特開２００３−２０６７８８号公報 特開２００１−５００４０号公報 特開２０００−０６４８７１号公報 特開２００４−１１６３１０号公報

内燃機関の点火時期が遅角されることで触媒の暖機が行われる場合に、ＡＴの非走行レンジが選択されている場合の点火時期の遅角量が走行レンジが選択されている場合の点火時期の遅角量よりも大きく設定されたシステムにおいては、内燃機関の始動後に早期に走行レンジにシフトされると、触媒の暖機が遅れることがある。

本発明の目的は、ＡＴのレンジに応じて点火時期の遅角量が設定されている内燃機関の制御装置において、触媒の暖機を促進することが可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の点火時期の遅角制御を行う内燃機関の制御装置であって、触媒の温度を推定または検出する触媒温度推定検出手段を備え、前記触媒温度推定検出手段により推定または検出された前記触媒の温度が予め定められた所定値よりも高い場合に、前記内燃機関が搭載される車両の変速機において走行レンジが選択されている場合は、非走行レンジが選択されている場合よりも前記点火時期の遅角制御の遅角量が小さくされ、前記触媒の温度が前記所定値よりも低い場合に、前記変速機において前記走行レンジが選択されている場合は、前記非走行レンジが選択されている場合よりも前記点火時期の遅角制御の遅角量が大きくされることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記変速機において走行レンジが選択されている場合に、前記触媒の温度が低いほど前記遅角量が大きくされることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記触媒の劣化の度合いを推定する触媒劣化度合い推定手段を備え、前記点火時期の遅角制御は、前記触媒の温度が予め設定された設定値よりも低い場合に行われ、前記触媒劣化度合い推定手段により推定された前記触媒の劣化の度合いが大きいほど前記設定値が大きくされることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記触媒の劣化の度合いを推定する触媒劣化度合い推定手段を備え、前記触媒劣化度合い推定手段により推定された前記触媒の劣化の度合いが小さいほど前記遅角量が小さくされることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、ＡＴのレンジに応じて点火時期の遅角量が設定されている内燃機関の制御装置において、触媒の暖機が促進される。

以下、本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１から図５を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、触媒の暖機を促進する内燃機関の制御装置に関する。

エンジンのコールド始動時に触媒を暖機するために点火時期の遅角制御が行われる場合には、ＡＴの走行レンジが選択されている場合の遅角量は、非走行レンジが選択されている場合の遅角量よりも小さく設定されることがある。これは、走行レンジにおいて遅角量が大きくされると、例えば、出力トルクの低下による走行時の運転性の低下等が生じるためである。

ここで、ＡＴの走行レンジとは、Ｄレンジ（ドライブレンジ）を含み、エンジンの出力が車両の駆動軸に伝えられる走行用のレンジである。非走行レンジとは、Ｎレンジ（ニュートラルレンジ）及びＰレンジ（駐車レンジ）を含む走行用以外のレンジである。

エンジンのコールド始動時において、エンジン始動後に早いタイミングでＡＴの非走行レンジから走行レンジへシフトされた場合に、上記のように非走行レンジの点火時期の遅角量が走行レンジの点火時期の遅角量よりも大きく設定されていると、触媒の温度が低い状態で点火時期の遅角量が小さく設定される。この場合の排気ガスの温度は、シフトされずにそのまま非走行レンジが継続された場合の排気ガスの温度に比べて相対的に低くなる。よって、触媒の暖機が、シフトされずにそのまま非走行レンジが継続された場合に比べて遅れる。このように触媒の暖機が遅れた状態で走行が開始されると、排気エミッションの悪化（有害物質の排出量の増加）につながる虞がある。

これに対して、本実施形態では、触媒の暖機状態（触媒の温度）に応じて走行レンジにおける点火時期の遅角量が補正されて、走行レンジにおける暖機が促進される。触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い温度領域においては、走行レンジにおける点火時期の遅角量が非走行レンジにおける点火時期の遅角量よりも大きく設定される。これにより、コールド始動時においてエンジン始動後に早期に（触媒の温度が所定の温度よりも低い状態で）非走行レンジから走行レンジにシフトされた場合に、非走行レンジが継続される場合と同等以上に排気ガスの温度が高められて触媒の暖機が促進される。このため、触媒の温度が低い状態で非走行レンジから走行レンジへシフトされた場合に、排気エミッションの悪化が低減される。

また、本実施形態では、触媒の温度が低いほど走行レンジにおける遅角量がより大きく設定される。このため、エンジンのコールド始動時に非走行レンジから走行レンジにシフトされるタイミングが早い場合であっても、触媒の温度に応じて走行レンジにおける遅角量が大きく設定されるため、排気ガスの温度が効果的に高められ、触媒の暖機が促進される。

図１及び図２を参照して、本実施形態の基本的な考え方と効果について説明する。図１は、点火時期の遅角量の時間的推移を示す。図２は、エンジンに供給される空気量Ｇａの積算値（積算Ｇａ量）と触媒の温度の関係を示す。

本実施形態では、上記のように、触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い温度領域においては、走行レンジにおける点火時期の遅角量が非走行レンジにおける点火時期の遅角量よりも大きく設定される。図１及び図２には、それぞれ、触媒の温度が上記所定の温度よりも低い状態でＡＴの非走行レンジから走行レンジへシフトされた場合の様子が示されている。

上記のように、本実施形態では、触媒の温度が所定の温度よりも低い場合に、走行レンジにおける点火時期の遅角量が非走行レンジにおける点火時期の遅角量よりも大きく設定される。さらに、触媒の温度が低いほど、走行レンジにおける点火時期の遅角量が大きく設定される。これにより、触媒の温度が低いほど、走行レンジにおける触媒の暖機が促進される。よって、エンジンの始動後に早期に走行が開始される場合の排気エミッションの悪化が低減される。

図１において、符号１００は、ＡＴのシフトポジションを示す。Ｔ１点において、非走行レンジから走行レンジへのシフトが行われる。符号１０４は、従来の遅角量を示す。従来の遅角量１０４は、非走行レンジが選択されている場合の点火時期の遅角量は、走行レンジが選択されている場合の点火時期の遅角量よりも大きく設定されていた。符号１０４ａは、従来の遅角量１０４において、Ｔ１点において非走行レンジから走行レンジへシフトされた後の従来の走行レンジにおける遅角量を示す。

符号１０６は、本実施形態の遅角量を示す。非走行レンジが選択されている場合（Ｔ１点以前）の本実施形態の点火時期の遅角量１０６は、従来の非走行レンジが選択されている場合の点火時期の遅角量１０４と同じである。符号１０６ａは、本実施形態の遅角量１０６において、Ｔ１点において非走行レンジから走行レンジへシフトされた後の本実施形態の走行レンジにおける遅角量を示す。

符号１０７ａは、Ｔ１点において走行レンジへシフトを行わずに非走行レンジを継続した場合のＴ１点以降の非走行レンジにおける遅角量を示す。

図２において、符号１００は、ＡＴのシフトポジションを示す（図１の符号１００と同様）。符号Ｇａ１は、図１のＴ１時点に対応する積算Ｇａ量を示す。Ｇａ１点において、非走行レンジから走行レンジへのシフトが行われる。符号１０１は、従来の遅角量１０４（図１）に対応した触媒の温度を示す。符号１０１ａは、従来の触媒の温度１０１において、Ｇａ１点で非走行レンジから走行レンジへシフトされた後の従来の走行レンジにおける触媒の温度を示す。

符号１０３は、本実施形態の遅角量１０６（図１）に対応した触媒の温度を示す。非走行レンジが選択されている場合（Ｇａ１点以前）の本実施形態の触媒の温度１０３は、従来の非走行レンジが選択されている場合の触媒の温度１０１と同じである。符号１０３ａは、本実施形態の触媒の温度１０３において、Ｇａ１点において非走行レンジから走行レンジへシフトされた後の本実施形態の走行レンジにおける触媒の温度を示す。

符号１０２ａは、Ｔ１点において走行レンジへシフトを行わずに非走行レンジを継続した場合のＴ１点以降の非走行レンジにおける遅角量１０７ａ（図１）に対応した触媒の温度を示す。即ち、符号１０２ａは、Ｇａ１点において走行レンジへシフトを行わずに非走行レンジを継続した場合のＧａ１点以降の非走行レンジにおける触媒の温度を示す。

図１に示すように、従来の遅角量１０４において、Ｔ１点において非走行レンジから走行レンジへシフトされると、シフト後の従来の走行レンジにおける遅角量１０４ａは、非走行レンジを継続した場合のＴ１点以降の非走行レンジにおける遅角量１０７ａよりも小さく設定される。

これにより、図２に示すように、Ｇａ１点において非走行レンジから走行レンジへシフトされた後の従来の走行レンジにおける触媒の温度１０１ａは、非走行レンジを継続した場合のＧａ１点以降の非走行レンジにおける触媒の温度１０２ａに比べて温度の上昇が緩やかになる。このため、触媒の暖機が遅れる。

これに対して、図１に示すように、Ｔ１点において非走行レンジから走行レンジへシフトされた後の本実施形態の走行レンジにおける遅角量１０６ａは、非走行レンジを継続した場合のＴ１点以降の非走行レンジにおける遅角量１０７ａよりも大きく設定されている。このため、図２に示すように、Ｇａ１点において走行レンジにシフトされた後の本実施形態の走行レンジにおける触媒の温度１０３ａは、非走行レンジを継続した場合のＧａ１点以降の非走行レンジにおける触媒の温度１０２ａに比べて温度の上昇が大きくなる。よって、本実施形態の走行レンジにおける触媒２５の暖機が促進される。

図３は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。

図３において、符号１は、エンジンを示す。エンジン１には、シリンダブロック１５が設けられている。シリンダブロック１５には、シリンダブロック１５の内部を往復動可能なピストン２が設けられている。ピストン２の上方には、燃焼室３が形成されている。シリンダブロック１５の上方には、シリンダヘッド１６が設けられている。シリンダヘッド１６には、吸気ポート５及び排気ポート２１が設けられている。また、シリンダヘッド１６には、点火プラグ４が設けられている。点火プラグ４は、燃焼室３内で圧縮された混合気に点火する。

吸気ポート５は、吸気マニホルド６を介してサージタンク７に接続されている。サージタンク７は、吸気通路８を介してエアクリーナ９に接続されている。吸気通路８には、吸入空気の流量に比例した電圧信号を出力するエアフローメータ１２が設けられている。吸気通路８において、エアフローメータ１２の設置位置よりも吸気の流れ方向の下流側にはスロットルバルブ１０が設けられている。スロットルバルブ１０は、エンジン１へ供給される空気の量を調節する。また、エアフローメータ１２には、吸気温度センサ１３が設けられている。吸気温度センサ１３は、吸気の温度に応じた電圧信号を出力する。吸気マニホルド６には、吸気ポート５に燃料を噴射する燃料噴射弁１１が設けられている。

シリンダブロック１５には、冷却水路１７が設けられている。シリンダブロック１５には、冷却水路１７を流れる冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１４が設けられている。冷却水温度センサ１４は、冷却水の温度に応じた電圧信号を出力する。

排気ポート２１は、排気マニホルド２２を介して排気通路２３に接続されている。排気通路２３には、排気ガスを浄化するための触媒２５（上流側触媒２５ａ及び下流側触媒２５ｂ）が設けられている。上流側触媒２５ａと下流側触媒２５ｂとは直列に配置されている。エンジン１から排出される排気ガスは、まず上流側触媒２５ａで浄化される。上流側触媒２５ａで浄化し切れなかった排気ガスは、下流側触媒２５ｂによって浄化される。

上流側触媒２５ａ及び下流側触媒２５ｂは、それぞれ所定量の酸素を吸蔵することができる。上流側触媒２５ａ及び下流側触媒２５ｂは、排気ガス中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の未燃成分が含まれている場合には、それぞれ吸蔵している酸素を用いて未燃成分を酸化する。また、上流側触媒２５ａ及び下流側触媒２５ｂは、排気ガス中に窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれている場合には、それぞれ窒素酸化物を還元し、放出された酸素を吸蔵する。

排気通路２３における上流側触媒２５ａの設置位置よりも上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ（以下、「メインＯ₂センサ」と記す）２７が設けられている。メインＯ₂センサ２７は、上流側触媒２５ａに流入する排気ガスの酸素濃度に基づいてエンジン１で燃焼された混合気の空燃比を検出する。

排気通路２３における上流側触媒２５ａの設置位置と下流側触媒２５ｂの設置位置との間には、排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ（以下、「サブＯ₂センサ」と記す）２８が設けられている。サブＯ₂センサ２８は、上流側触媒２５ａから流出された排気ガスの酸素濃度を検出する。

エンジン１を搭載する車両（図示省略）には、制御回路３０が設けられている。制御回路３０は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を互いに双方向性バス３１で接続した公知の構成のデジタルコンピュータを有する。制御回路３０は、燃料噴射量、点火時期などのエンジン１の制御を含む車両の制御を行う。

制御回路３０の入力ポート３５には、エアフローメータ１２、吸気温度センサ１３、冷却水温度センサ１４、メインＯ₂センサ２７及びサブＯ₂センサ２８のそれぞれの検出結果がそれぞれ図示しないＡＤ変換器を介して入力される。また、車両にはクランク角センサ４１が設けられている。クランク角センサ４１から、一定のクランク軸回転角度毎にパルス信号が入力ポート３５に入力される。パルス信号は、エンジン回転数の算出に用いられる他に、エンジン１の点火時期の基準信号として使用される。また、車両には図示しない自動変速機（ＡＴ）のシフトポジションを検出するシフトポジションセンサ４２が設けられている。シフトポジションセンサ４２の検出結果は入力ポート３５に入力される。

制御回路３０の出力ポート３６は、点火回路３８を介して点火プラグ４に接続されている。制御回路３０は、エンジン１の負荷及びエンジン回転数等から点火時期を算出する。制御回路３０は、クランク角センサ４１から入力される基準パルス信号に基づいて点火信号を点火回路３８に出力する。

また、制御回路３０の出力ポート３６は、駆動回路３９を介して燃料噴射弁１１に接続されている。制御回路３０は、吸入空気量、エンジン回転数等に基づいて燃料噴射量を決定する。制御回路３０は、決定した燃料噴射量に応じて燃料噴射弁１１の開弁時間（噴射時間）を設定する。

図４は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１０において、制御回路３０は、冷却水温度センサ１４から入力される冷却水温が予め定められた所定値以上であるか否かを判定する。ここで、所定値は、触媒２５の暖機が完了しているとみなすことができる程度に、エンジン１の暖機が行われた状態の冷却水の温度とされることができる。所定値は、例えば６０℃であることができる。

ステップＳ１０の判定において、冷却水温が所定値未満であると判定された場合（ステップＳ１０否定）には、触媒２５を暖機するための制御が行われる。まず、ステップＳ２０において、触媒２５の推定温度Ｔｃが取り込まれる。触媒２５の推定温度Ｔｃの取り込みは、後述するステップＳ７０において遅角制御が解除されるまで所定の時間間隔おきに継続して行われ、その都度更新される。

触媒２５の推定温度Ｔｃは、制御回路３０により計算される。触媒２５の推定温度Ｔｃは、例えば、エンジン１に供給される空気量Ｇａ及び点火時期の遅角量に基づいて計算される。まず、供給される空気量Ｇａ及び点火時期の遅角量に基づいて、排気ガスから触媒２５に与えられる熱量Ｑｉが計算される。次に、計算された熱量Ｑｉの積算値に基づいて触媒２５の推定温度Ｔｃが算出される。

非走行レンジにおける点火時期の遅角量に対応した熱量Ｑｉを求めるための係数Ｋ１、及び走行レンジにおける点火時期の遅角量に対応した熱量Ｑｉを求めるための係数Ｋ２が、それぞれ図示しないマップに格納されている。エンジン１の１回転あたりに供給される空気量Ｇａ及び設定された点火時期の遅角量に基づいて、上記マップが参照されて、エンジン１の１回転あたりに排気ガスから触媒２５に与えられる熱量Ｑｉが求められる。

非走行レンジの場合には、熱量Ｑｉは、Ｑｉ＝Ｇａ×Ｋ１として計算される。走行レンジの場合には、熱量Ｑｉは、Ｑｉ＝Ｇａ×Ｋ２として計算される。触媒２５の推定温度Ｔｃは、非走行レンジ及び走行レンジのそれぞれにおいて触媒２５に与えられた熱量Ｑｉのエンジン始動時からの積算値に基づいて計算される。

触媒２５の推定温度Ｔｃが取り込まれると、次に、制御回路３０は、シフトポジションセンサ４２から入力される信号に基づいて、シフトポジションが非走行レンジであるか否かを判定する（ステップＳ３０）。

ステップＳ３０において、シフトポジションが非走行レンジであると判定された（ステップＳ３０肯定）場合には、非走行レンジの点火時期の遅角制御が行われる（ステップＳ４０）。一方、ステップＳ３０においてシフトポジションが非走行レンジではないと判定された（ステップＳ３０否定）場合には、触媒２５の暖機状態に応じた走行レンジの点火時期の遅角制御が行われる（ステップＳ５０）。

本実施形態では、点火時期の遅角量は、例えば触媒２５の推定温度Ｔｃに基づいて、図５に示すマップを参照して決定される。

図５は、触媒２５の推定温度Ｔｃと点火時期の遅角量との関係を示すマップである。図５において、符号２００は、本実施形態の非走行レンジにおける点火時期の遅角量を示す。図４のステップＳ４０における非走行レンジの遅角制御は、非走行レンジにおける点火時期の遅角量２００を参照して行われる。

符号２０１は、本実施形態の走行レンジにおける点火時期の遅角量を示す。図４のステップＳ５０における走行レンジの遅角制御は、走行レンジにおける点火時期の遅角量２０１を参照して行われる。

ここで、符号２０２は、従来の走行レンジにおける遅角量を示す。従来の走行レンジにおける遅角量２０２は、非走行レンジの点火時期の遅角量よりも小さく設定されていたのに対し、本実施形態の走行レンジにおける遅角量２０１は、触媒２５の推定温度Ｔｃが予め定められた所定の温度２０４よりも低温の領域では、非走行レンジの点火時期の遅角量２００よりも大きく設定されている。

本実施形態では、図５に示すように、触媒２５の推定温度Ｔｃが所定の温度２０４よりも低いときには、走行レンジにおける点火時期の遅角量２０１は、非走行レンジにおける点火時期の遅角量２００よりも大きな値に設定される（図４のステップＳ５０）。よって、触媒２５の推定温度Ｔｃが所定の温度２０４よりも低い状態でＡＴの非走行レンジから走行レンジへシフトされると、触媒２５の推定温度Ｔｃが所定の温度２０４まで上昇するまでの間は、シフト後の点火時期の遅角量２０１は、非走行レンジの点火時期の遅角量２００よりも大きな値に設定される。これにより、触媒２５の暖機が、非走行レンジが継続された場合の触媒２５の暖機よりも促進される。

また、本実施形態の走行レンジにおける点火時期の遅角量２０１は、触媒２５の推定温度Ｔｃが低いほど、大きく設定されている。これにより、非走行レンジから走行レンジへのシフトが行われた際に、触媒２５の推定温度Ｔｃが低いほど、シフト後の点火時期の遅角量２０１が大きく設定される。これにより、エンジン１のコールド始動時に早期に走行レンジにシフトされた場合に、触媒２５の暖機が促進される。走行レンジにシフトされてから走行が開始されるまでの間、及び走行が開始されてからも、触媒２５の推定温度Ｔｃが低いほど触媒２５の温度上昇が速やかに行われて、排気エミッションの悪化が低減される。

次に、ステップＳ６０では、触媒２５の推定温度Ｔｃが、判定温度Ａよりも低いか否かが判定される。判定温度Ａは、予め定められた触媒２５の暖機の完了を判定するための値である。触媒２５の推定温度Ｔｃが、暖機完了の判定温度Ａ以上である（触媒２５の暖機完了）と判定された（ステップＳ６０否定）場合には、ステップＳ７０へ移行し、触媒２５の暖機のための遅角制御が解除される。一方、触媒２５の推定温度Ｔｃが、暖機完了の判定温度Ａよりも低いと判定された（ステップＳ６０肯定）場合には、本制御フローはリセットされる。

なお、ステップＳ１０の判定の結果、冷却水温が所定値以上であると判定された（ステップＳ１０肯定）場合には、触媒２５を暖機するための遅角制御は解除される（ステップＳ７０）。

第１実施形態によれば、ＡＴが走行レンジであるときに（ステップＳ３０否定）、触媒２５の推定温度Ｔｃが所定の温度２０４よりも低いときには、走行レンジにおける点火時期の遅角量２０１が、非走行レンジにおける点火時期の遅角量２００よりも大きく設定される（図４のステップＳ５０）。これにより、非走行レンジから走行レンジにシフトされた場合（ステップＳ３０否定）に、触媒２５の温度が所定の温度２０４よりも低いときには、点火時期の遅角量２０１は、シフト前の点火時期の遅角量２００よりも大きく設定される（ステップＳ５０）。このため、触媒２５は、非走行レンジが継続された場合と同等以上に暖機されることができる。よって、触媒２５の暖機が効果的に促進され、排気エミッションの悪化が低減される。

また、第１実施形態では、触媒２５の推定温度Ｔｃが低いほど走行レンジにおける点火時期の遅角量２０１が大きく設定される。これにより、非走行レンジから走行レンジへのシフトが行われた後に、触媒２５の推定温度Ｔｃが低いほど、点火時期の遅角量２０１が大きく設定され（ステップＳ５０）、触媒２５の暖機が促進される。このため、エンジン１のコールド始動時に早期に走行レンジにシフトして走行する場合の排気エミッションの悪化が低減される。

上記説明では、図４のステップＳ５０において、走行レンジの点火時期の遅角量は触媒２５の推定温度Ｔｃのみに基づいて決定されたが、これに代えて、車両が走行している状態か走行前の状態であるかによって遅角量を変更することができる。この場合に、触媒２５の推定温度Ｔｃが同じであっても、実際に走行が開始された場合には、走行が開始される前に比べて点火時期の遅角量を減少させることができる。これにより、エンジン１の出力の低下による走行時の運転性の低下を抑制することができる。

本実施形態では、触媒２５の温度は、吸入空気量及び点火時期の遅角量に基づいて推定される（ステップＳ２０）。これにより、触媒２５の温度を検出する温度センサを設けることなく触媒２５の暖機の完了を判定することが可能となる。

本実施形態では、吸入空気量及び点火時期の遅角量に基づいて、排気ガスから触媒２５に与えられる熱量Ｑｉを計算したが、これに代えて、燃料噴射量及び点火時期の遅角量に基づいて熱量Ｑｉを計算することができる。

また、排気ガスから触媒２５に与えられる熱量Ｑｉを算出する際には、特開平７−２２９４１９号公報に開示されている方法によることができる。

なお、上記説明では触媒２５の温度を推定したが（ステップＳ２０）、これに代えて、温度センサ等により触媒２５の温度を直接検出することができる。

（第２実施形態）
図６及び図７を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

上記第１実施形態では、触媒２５の暖気の完了を判定するための判定温度として、一律に設定された判定温度Ａが用いられた（図４のステップＳ６０）。これに代えて、第２実施形態では、触媒２５の暖機の完了を判定するための判定温度が、触媒２５の劣化の度合いに応じて補正される（後述する図６のステップＳ１５２、ステップＳ１６０）。

触媒２５の劣化の度合いが大きいほど、触媒２５の低温活性が低下するので、触媒２５が十分な浄化能力を発揮できるようになる温度が高くなる。これにより、点火時期の遅角制御が同様の制御条件で行われても、触媒２５の劣化の度合いが大きいほど、触媒２５の劣化の度合いが小さい場合に比べて暖機の完了時期が遅れる。

そこで、本実施形態では、触媒２５の劣化の度合いが大きいほど、触媒２５の暖機の完了を判定するための判定温度（ステップＳ１６０の判定温度Ｂ）が高い値に設定される。これにより、状況に応じてより正確に触媒２５の暖機の完了が判定される。

第２実施形態に係る装置の機械的な構成は、第１実施形態（図３）と同様である。

触媒２５（上流側触媒２５ａ、下流側触媒２５ｂ）は、それぞれ燃料リッチな排気ガス中に酸素を放出し、また燃料リーンな排気ガス中の過剰酸素を吸蔵することで排気ガスの浄化を図る。このため、触媒２５の浄化能力は、触媒２５が最大限吸蔵することができる酸素量（酸素ストレージ能力）によって変化する。触媒２５が劣化して酸素ストレージ能力が低下するに連れて、触媒２５の浄化能力が低下する。

本実施形態では、酸素ストレージ能力を示す値である酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘに基づいて、触媒２５の劣化の度合いが推定される。本例では、上流側触媒２５ａの酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘにより、触媒２５の劣化の度合いが推定される。酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが小さい（劣化の度合いが大きい）ほど、触媒２５の暖機の完了を判定するための判定温度Ｂが高くされる。

上流側触媒２５ａの酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘは、例えば、サブＯ₂センサ２８の検出結果を利用して計測することができる。サブＯ₂センサ２８は、上述したように、上流側触媒２５ａから流出された排気ガスが燃料リッチであるか燃料リーンであるかの検出を行う。酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘを計測するにあたっては、エンジン１に供給される混合気の空燃比が強制的にリーンからリッチへ、またリッチからリーンへ（複数回）切替えられる。このときに、サブＯ₂センサ２８により検出される排気ガスの状態がリーンからリッチへ、またリッチからリーンへ反転するタイミングは、上記空燃比の切替えのタイミングから遅れる。酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘは、そのタイミングの遅れの量に基づいて算出される。

図６は、第２実施形態の動作を示すフローチャートである。

第１実施形態と同様に、ステップＳ１１０において冷却水温が所定値以上であるか否かの判定が行われ、冷却水温が所定値未満であると判定された（ステップＳ１１０否定）場合には、ステップＳ１２０において触媒２５の推定温度Ｔｃの取り込みが開始される。

触媒２５の推定温度Ｔｃの取り込みが開始されると（ステップＳ１２０）、次にステップＳ１２２において、上流側触媒２５ａの酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが取り込まれる。

次のステップＳ１３０、ステップＳ１４０及びステップＳ１５０は、上記第１実施形態と同様である。すなわち、ステップＳ１３０において、ＡＴのシフトポジションが非走行レンジであるか否かの判定が行われる。非走行レンジであると判定された（ステップＳ１３０肯定）場合には、ステップＳ１４０において、非走行レンジの点火時期の遅角制御が行われる。一方、非走行レンジではないと判定された（ステップＳ１３０否定）場合には、ステップＳ１５０において、触媒２５の暖機状態に応じた走行レンジの点火時期の遅角制御が行われる。

次にステップＳ１５２において、触媒２５の暖機の完了を判定するための判定温度Ｂが補正される。判定温度Ｂは、例えば酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘに基づいて、図７に示すマップを参照して補正される。

図７には、酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘと判定温度Ｂの補正係数ｋｃｍａｘ１との関係が示されている。補正係数ｋｃｍａｘ１は、最も酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが大きい（触媒２５の劣化の度合いが小さい）場合に１とされ、酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが小さく（触媒２５の劣化の度合いが大きく）なるほど高くされる。

判定温度Ｂは、触媒２５の暖機の完了を判定する際のベースとなる判定温度Ｄと補正係数ｋｃｍａｘ１の積として求められる。ベースとなる判定温度Ｄは、劣化の度合いが最も小さい（例えば新品の）触媒２５について暖機の完了と判定される温度であることができる。ベースとなる判定温度Ｄは、上記第１実施形態のステップＳ６０の判定温度Ａと同じ値が用いられることが可能である。触媒２５の劣化の度合いが大きい（酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが小さい）ほど、ｋｃｍａｘ１が高くされるので、判定温度Ｂは高くなる。

次に、ステップＳ１６０において、触媒２５の推定温度Ｔｃと判定温度Ｂとが比較され、その比較結果に基づいて、触媒２５の暖機が完了したか否かが判定される。触媒２５の推定温度Ｔｃが判定温度Ｂ以上であると判定された（ステップＳ１６０否定）場合には、触媒２５の暖機が完了しているとみなされ、点火時期の遅角制御が解除される（ステップＳ１７０）。一方、触媒２５の推定温度Ｔｃが判定温度Ｂよりも低いと判定された（ステップＳ１６０肯定）場合には、本制御フローはリセットされる。

なお、ステップＳ１１０において冷却水温が所定値以上であると判定された（ステップＳ１１０肯定）場合には、ステップＳ１７０へ移行して、遅角制御が解除される。

第２実施形態によれば、触媒２５の暖機の完了を判定するための判定温度Ｂは、推定された触媒２５の劣化の度合いに応じて補正される。触媒２５の劣化の度合いが大きいほど、判定温度Ｂが大きく設定される。これにより、触媒２５の劣化の度合いに応じて、より正確に暖機の完了が判定される。すなわち、触媒２５の温度が十分な浄化能力を発揮できる温度に達するまで確実に触媒２５の暖機が行われると共に、触媒２５の温度が十分な浄化能力を発揮できる温度に達すると速やかに触媒２５の暖機が終了される。これにより、触媒２５の温度が十分な浄化能力を発揮できる温度に達するまで確実に触媒２５の暖機を継続することができ、触媒２５の暖機が不十分な状態のままで暖機を終了してしまうことが抑制され、排気エミッションの悪化が低減される。また、必要以上に長く遅角制御を行うことが抑制されて、燃費が改善される。

なお、上記説明では、上流側触媒２５ａの酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘを用いて触媒２５の劣化度合いが推定された。これに代えて、下流側上流側触媒２５ｂの酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘ（下流側上流側触媒２５ｂの下流側に酸素センサを設け、その酸素センサの検出結果を利用できる場合）を用いて、触媒２５の劣化度合いが推定されることができる。

（第３実施形態）
図８及び図９を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態については、上記実施形態と異なる点についてのみ説明する。

上記第２実施形態（図６及び図７）では、触媒２５の劣化の度合いが大きいほど暖機の完了を判定するための判定温度Ｂが高く設定された。これに加えて、第３実施形態では、触媒２５の劣化の度合いが小さいほど、点火時期の遅角量が小さく設定される。第３実施形態に係る装置の機械的な構成は、上記各実施形態（図３）と同様である。

触媒２５の劣化の度合いが小さいほど、触媒２５の低温活性が大きい。これにより、点火時期の遅角制御が同様の制御条件で行われた場合には、触媒２５の劣化の度合いが小さいほど、触媒２５の温度の上昇が速くなる。よって、触媒２５の劣化の度合いが小さい場合には、劣化の度合いが大きい場合に比べて、点火時期の遅角量が小さくても触媒２５の温度を同様に高めることができる。そこで、本実施形態では、触媒２５の劣化の度合いが小さいほど点火時期の遅角量の指令値が小さく設定される。

図８は、第３実施形態の動作を示すフローチャートである。

ステップＳ２１０、ステップＳ２２０、ステップＳ２２２、ステップＳ２３０は、上記第２実施形態と同様である。すなわち、ステップＳ２１０において、冷却水温が所定値以上であるか否かの判定が行われる。冷却水温が所定値未満であると判定された（ステップＳ２１０否定）場合には、ステップＳ２２０において、触媒２５の推定温度Ｔｃの取り込みが開始される。次に、ステップＳ２２２において、上流側触媒２５ａの酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが取り込まれる。酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが取り込まれると、次にステップＳ２３０において、シフトポジションが非走行レンジであるか否かの判定が行われる。

その判定の結果、非走行レンジであると判定された（ステップＳ２３０肯定）場合には、ステップＳ２４０へ移行し、触媒２５の劣化の度合いに応じて非走行レンジの点火時期の遅角量の指令値が補正されて、非走行レンジの点火時期の遅角制御が行われる。

本実施形態では、非走行レンジの点火時期の遅角量の指令値は、例えば、酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘに基づいて、図９に示すマップを参照して補正される。図９には、酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘと遅角量の指令値の補正係数ｋｃｍａｘ２との関係が示されている。遅角量の指令値の補正係数ｋｃｍａｘ２は、最も酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが大きい（触媒２５の劣化の度合いが小さい）場合に１とされ、酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが小さく（触媒２５の劣化の度合いが大きく）なるほど高くされる。

非走行レンジの補正後の遅角量の指令値は、ベースとなる遅角量の指令値と補正係数ｋｃｍａｘ２の積として求められる。ここで、ベースとなる遅角量の指令値は、劣化の度合いが最も小さい（例えば新品の）触媒２５における遅角量の指令値であることができる。この場合のベースとなる遅角量の指令値は、上記第１実施形態のステップＳ４０で求められた点火時期の遅角量が用いられることが可能である。触媒２５の劣化の度合いが小さい（酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが大きい）ほど、ｋｃｍａｘ２が小さく設定されているので、非走行レンジの補正後の遅角量の指令値が小さな値として設定される。

一方、ステップＳ２３０の判定の結果、シフトポジションが非走行レンジではないと判定された（ステップＳ２３０否定）場合には、ステップＳ２５０へ移行する。ステップＳ２５０では、触媒２５の暖機状態に応じた走行レンジの点火時期の遅角制御が行われる。走行レンジの点火時期の遅角制御においても、非走行レンジの点火時期の遅角制御と同様に、点火時期の遅角量の指令値が触媒２５の劣化の度合いに応じて補正される。

すなわち、走行レンジの補正後の遅角量の指令値は、ベースとなる遅角量の指令値と補正係数ｋｃｍａｘ２の積として求められる。ここで、ベースとなる遅角量の指令値は、劣化の度合いが最も小さい（例えば新品の）触媒２５における遅角量の指令値であることができる。この場合のベースとなる遅角量の指令値は、上記第１実施形態のステップＳ５０で求められた点火時期の遅角量が用いられることが可能である。触媒２５の劣化の度合いが小さい（酸素ストレージ能力値Ｃｍａｘが大きい）ほど、ｋｃｍａｘ２が小さく設定されているので、走行レンジの補正後の遅角量の指令値が小さな値として設定される。その他の動作については、上記第２実施形態と同様である。

第３実施形態によれば、第２実施形態の効果に加えて、以下の効果が得られる。本実施形態によれば、触媒２５の劣化の度合いに応じて、点火時期の遅角量の指令値が補正される（ステップＳ２４０、ステップＳ２５０）。触媒２５の劣化の度合いが小さいほど、遅角量の指令値が小さな値として設定されるので、燃費が改善される。一方、触媒２５の劣化の度合いが大きいほど遅角量の指令値が大きな値として設定されて排気ガスの温度が高くされ、触媒２５の暖機が促進される。このように触媒２５の劣化の度合いが大きい場合であって、触媒２５の劣化の度合いに応じて触媒２５の暖機が促進されるので、排気エミッションの悪化が低減される。

本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態において、シフトタイミングと点火時期の遅角量との関係を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態において、シフトタイミングと触媒の温度の変化量との関係を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態に係る装置の概略構成図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態において、触媒の推定温度と点火時期の遅角量との関係を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の内燃機関の制御装置の第２実施形態において、触媒の劣化度合いと触媒の暖機完了の判定温度の補正係数との関係を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第３実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の内燃機関の制御装置の第３実施形態において、触媒の劣化度合いと点火時期の遅角量の補正係数との関係を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ピストン
３ 燃焼室
４ 点火プラグ
５ 吸気ポート
６ 吸気マニホルド
７ サージタンク
８ 吸気通路
９ エアクリーナ
１０ スロットルバルブ
１１ 燃料噴射弁
１２ エアフローメータ
１３ 吸気温度センサ
１４ 冷却水温度センサ
１５ シリンダブロック
１６ シリンダヘッド
１７ 冷却水路
２１ 排気ポート
２２ 排気マニホルド
２３ 排気通路
２５ 触媒
２５ａ 上流側触媒
２５ｂ 下流側触媒
２７ メインＯ₂センサ
２８ サブＯ₂センサ
３０ 制御回路
３１ 双方向性バス
３２ ＲＯＭ
３３ ＲＡＭ
３４ ＣＰＵ
３５ 入力ポート
３６ 出力ポート
３８ 点火回路
３９ 駆動回路
４１ クランク角センサ
４２ シフトポジションセンサ
１００ シフトポジション
１０１ 触媒の温度の変化（走行レンジ）
１０２ａ 触媒の温度の変化（非走行レンジ）
１０３ 触媒の温度の変化（走行レンジ）
１０４ 点火時期の遅角量（非走行レンジ）
１０６ 点火時期の遅角量（走行レンジ）
２００ 点火時期の遅角量（非走行レンジ）
２０１ 点火時期の遅角量（走行レンジ）
２０２ 点火時期の遅角量
２０４ 触媒の推定温度
２０５ 触媒の推定温度
Ｔｃ 触媒の推定温度
Ｇａ エンジン１回転あたりに供給される空気量
Ｑｉ 排気ガスから触媒に与えられる熱量
Ｋ１ 遅角量に対応した熱量を求めるための係数（非走行レンジ）
Ｋ２ 遅角量に対応した熱量を求めるための係数（走行レンジ）
Ｃｍａｘ 酸素ストレージ能力値
ｋｃｍａｘ１ 判定温度の補正係数
ｋｃｍａｘ２ 遅角量の補正係数
Ａ 暖機完了の判定温度
Ｂ 暖機完了の判定温度

Claims (4)

1. 内燃機関の点火時期の遅角制御を行う内燃機関の制御装置であって、
   触媒の温度を推定または検出する触媒温度推定検出手段を備え、
   前記触媒温度推定検出手段により推定または検出された前記触媒の温度が予め定められた所定値よりも高い場合に、前記内燃機関が搭載される車両の変速機において走行レンジが選択されている場合は、非走行レンジが選択されている場合よりも前記点火時期の遅角制御の遅角量が小さくされ、前記触媒の温度が前記所定値よりも低い場合に、前記変速機において前記走行レンジが選択されている場合は、前記非走行レンジが選択されている場合よりも前記点火時期の遅角制御の遅角量が大きくされる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記変速機において走行レンジが選択されている場合に、前記触媒の温度が低いほど前記遅角量が大きくされる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒の劣化の度合いを推定する触媒劣化度合い推定手段を備え、
   前記点火時期の遅角制御は、前記触媒の温度が予め設定された設定値よりも低い場合に行われ、
   前記触媒劣化度合い推定手段により推定された前記触媒の劣化の度合いが大きいほど前記設定値が大きくされる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒の劣化の度合いを推定する触媒劣化度合い推定手段を備え、
   前記触媒劣化度合い推定手段により推定された前記触媒の劣化の度合いが小さいほど前記遅角量が小さくされる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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