WO2013035163A1 - 内燃機関の排気系暖機システム - Google Patents

内燃機関の排気系暖機システム Download PDF

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failure diagnosis
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internal combustion
combustion engine
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柴田　大介
徹 木所
裕 澤田
一哉 高岡
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust system warm-up system for an internal combustion engine that performs warm-up control of the exhaust system of the internal combustion engine.
  • Patent Document 1 discloses a pre-warm-up operation control device for an internal combustion engine that controls the operation of the internal combustion engine until the warm-up is completed when the exhaust gas purification device provided in the exhaust system of the internal combustion engine reaches an activation temperature or higher.
  • the pre-warm-up operation control device controls the ignition timing to be retarded from the normal ignition timing until the completion of warm-up is detected, and the rate of increase of the intake air amount is below a predetermined value regardless of the operation of the accelerator. To suppress.
  • Patent Document 2 discloses combustion of an internal combustion engine that controls a rich combustion air-fuel ratio in a combustion chamber and supplies secondary air to an exhaust passage by operating a secondary air supply device when warming-up of an exhaust purification catalyst is required.
  • An air-fuel ratio control device is disclosed.
  • the combustion air-fuel ratio control device sets the combustion air-fuel ratio as the stoichiometric air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio when the exhaust air-fuel ratio sensor provided upstream from the exhaust gas purification catalyst is in an inactive state when the exhaust gas purification catalyst is required to warm up.
  • the open air-fuel ratio is controlled to the first combustion air-fuel ratio, which is capable of stable combustion with the combustion limit air-fuel ratio richer than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • Feedback control is performed to a second combustion air-fuel ratio that is richer than the combustion air-fuel ratio and near the combustion limit air-fuel ratio.
  • the exhaust passage of the internal combustion engine is provided with an exhaust purification device including an exhaust purification catalyst (for example, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, an NOx storage reduction catalyst, or a selective reduction NOx catalyst) or a particulate filter.
  • an exhaust purification catalyst for example, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, an NOx storage reduction catalyst, or a selective reduction NOx catalyst
  • a particulate filter for example, a particulate filter.
  • an air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio of the exhaust, or the amount or concentration of a specific component (for example, O 2 , HC, or PM (Particulate Matter)) in the exhaust is detected.
  • a specific component for example, O 2 , HC, or PM (Particulate Matter
  • Failure diagnosis is performed on exhaust system devices such as exhaust purification devices and sensors.
  • exhaust purification catalyst and sensor included in the exhaust purification device are sufficiently activated. That is, it is necessary that the temperature of the exhaust system device has risen sufficiently and the warm-up has been completed.
  • the failure diagnosis of the exhaust system device is executed after the exhaust system device has been warmed up after the internal combustion engine is started. For this reason, if the operation of the internal combustion engine is stopped in a short period of time, before the execution of the failure diagnosis of the exhaust system device is started or before the completion of the execution of the failure diagnosis, In addition, the operation of the internal combustion engine may be stopped. If such a short-term operation of the internal combustion engine is repeated, there is a possibility that a state where failure diagnosis of the exhaust system device cannot be completed continues for a long period of time.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent a state where failure diagnosis of an exhaust system device of an internal combustion engine cannot be completed from continuing for an excessively long period.
  • the warm-up control after the predetermined period has elapsed, The control is changed to a control that can raise the temperature of the exhaust system faster than the warm-up control during the predetermined period.
  • the exhaust system warm-up system for an internal combustion engine is: A warm-up control execution unit for executing warm-up control for warming up an exhaust system device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine when the internal combustion engine is started; A failure diagnosis execution unit that performs failure diagnosis of the exhaust system after completion of warming up of the exhaust system, When the state where the operation of the internal combustion engine is stopped for a predetermined period before the failure diagnosis of the exhaust system is completed by the failure diagnosis execution unit after the internal combustion engine is started, the warm-up control execution unit, The warm-up control that is performed when the internal combustion engine is started after the predetermined period has elapsed is changed to a control that can raise the temperature of the exhaust system faster than the warm-up control that is performed during the predetermined period.
  • the exhaust system device may include a plurality of devices.
  • the exhaust system device may be configured by a device to be subjected to failure diagnosis and a device such as a sensor used for failure diagnosis.
  • the warm-up control that is executed after the internal combustion engine is started By changing the warm-up control that is executed after the internal combustion engine is started to control that can raise the temperature of the exhaust system more quickly, it is possible to diagnose the failure of the exhaust system earlier. Therefore, according to the present invention, when the failure diagnosis of the exhaust system device after the start of the internal combustion engine is not completed for a predetermined period, the probability that the failure diagnosis of the exhaust system device is completed after the predetermined period has elapsed is further increased. be able to. Therefore, it is possible to prevent the state where failure diagnosis of the exhaust system of the internal combustion engine cannot be completed from continuing for an excessively long period.
  • a period from when the failure diagnosis is completed until the predetermined period elapses is a normal warm-up period, and a period from the time when the normal warm-up period elapses until the target failure diagnosis completion time is an early warm-up period.
  • the warm-up control execution unit performs warm-up control during normal warm-up during the early warm-up period.
  • the period from the start of the internal combustion engine to the completion of warm-up of the exhaust system device may be shortened by changing to control that can raise the temperature of the exhaust system device faster than the warm-up control executed during the period. .
  • the warm-up control execution unit warms the exhaust system device in the warm-up control executed during the early warm-up period based on the progress degree of the failure diagnosis of the exhaust system device by the failure diagnosis execution unit during the normal warm-up period.
  • a parameter value related to the aircraft speed may be determined. That is, when the operation of the internal combustion engine is stopped in a state where the failure diagnosis of the exhaust system device is not relatively advanced during the normal warm-up period, the failure diagnosis of the exhaust system device is relatively advanced during the normal warm-up period As compared with the case where the operation of the internal combustion engine is stopped, the exhaust system warm-up speed in the warm-up control executed during the early warm-up period may be made higher.
  • the failure diagnosis of the exhaust system device does not progress during the normal warm-up period, the period from the start of the internal combustion engine to the completion of warm-up of the exhaust system device is shortened in the early warm-up period. Can do. Therefore, the probability that the exhaust system failure diagnosis is completed during the early warm-up period can be further increased.
  • the warm-up control execution unit performs the warm-up control of the exhaust system device every time the internal combustion engine is started until the fault diagnosis of the exhaust system device is completed by the failure diagnosis execution unit.
  • the warm-up speed may be higher. According to this, the probability that the failure diagnosis of the exhaust system device is completed during the early warm-up period can be further increased.
  • the next normal warm-up period is compared with when the failure diagnosis is completed at a later stage. It may be longer. According to this, it is possible to make the normal warm-up period as long as possible while suppressing the state where failure diagnosis of the exhaust system device cannot be completed from continuing for an excessively long period.
  • the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is applied to a diesel engine for driving a vehicle.
  • the internal combustion engine according to the present invention is not limited to a diesel engine, and may be a gasoline engine or the like.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust system of an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 is a diesel engine for driving a vehicle.
  • An exhaust passage 2 is connected to the internal combustion engine 1.
  • the arrow in FIG. 1 represents the flow direction of exhaust gas.
  • an oxidation catalyst 3, a particulate filter (hereinafter simply referred to as a filter) 4, and a selective reduction type NOx catalyst 5 are provided in order from the upstream side along the exhaust flow.
  • the filter 4 collects particulate matter (Particulate Matter: hereinafter referred to as PM) in the exhaust gas.
  • the filter 4 may carry a catalyst such as an oxidation catalyst, an NOx storage reduction catalyst, or a selective reduction NOx catalyst.
  • the selective reduction type NOx catalyst 5 is a catalyst for reducing NOx in exhaust gas using ammonia as a reducing agent.
  • a fuel addition valve 6 is provided in the exhaust passage 2 upstream of the oxidation catalyst 3.
  • a urea addition valve 7 is provided in the exhaust passage 2 between the filter 4 and the selective reduction type NOx catalyst 5.
  • the urea addition valve 7 adds an aqueous urea solution into the exhaust.
  • a urea tank (not shown) in which an aqueous urea solution is stored is connected to the urea addition valve 7.
  • a urea aqueous solution is supplied from the urea tank to the urea addition valve 7.
  • urea is supplied to the selective reduction type NOx catalyst 5.
  • the urea supplied to the selective reduction type NOx catalyst 5 is once adsorbed to the selective reduction type NOx catalyst 5.
  • ammonia is produced
  • the ammonia serves as a reducing agent to reduce NOx in the exhaust.
  • a PM sensor 8 is provided in the exhaust passage 2 downstream of the selective reduction type NOx catalyst 5.
  • the PM sensor 8 is a sensor that outputs an electrical signal corresponding to the amount of PM deposited on itself.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the sensor element of the PM sensor 8.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the PM deposition amount in the PM sensor 8, the electrical resistance between the electrodes 8 a and 8 b of the PM sensor 8, and the output value of the PM sensor 8.
  • the horizontal axis represents the PM accumulation amount in the PM sensor 8
  • the lower vertical axis represents the electrical resistance between the electrodes 8 a and 8 b of the PM sensor 8
  • the upper vertical axis represents the output value of the PM sensor 8. Represents.
  • the sensor element of the PM sensor 8 has a pair of comb-shaped electrodes 8a and 8b.
  • PM in the exhaust gas adheres to the PM sensor 8, and the adhered PM gradually accumulates.
  • the amount of PM deposited in the PM sensor 8 increases, the amount of PM present between the electrodes 8a and 8b increases.
  • the output value of the PM sensor 8 is a value corresponding to the PM accumulation amount in the PM sensor 8.
  • the PM sensor 8 may output a signal corresponding to the amount of PM deposited on itself based on electrical characteristic values other than electrical resistance.
  • the PM sensor according to the present embodiment is not limited to one that outputs a signal corresponding to the amount of PM deposited on itself, but one that outputs a signal corresponding to the PM amount (flow rate) in the exhaust gas. May be.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an electronic control unit (ECU) 10.
  • the ECU 10 is a unit that controls the operating state and the like of the internal combustion engine 1.
  • Various sensors such as a PM sensor 8 and a crank angle sensor 11 are electrically connected to the ECU 10.
  • the crank angle sensor 11 detects the crank angle of the internal combustion engine 1.
  • Output signals from the sensors are input to the ECU 10.
  • the ECU 10 derives the engine rotation speed of the internal combustion engine 1 based on the detection value of the crank angle sensor 11.
  • the ECU 10 is electrically connected with a fuel addition valve 6 and a urea addition valve 7. These devices are controlled by the ECU 10.
  • the oxidation catalyst 3, the filter 4, the selective reduction type NOx catalyst 5, and the PM sensor 8 correspond to the exhaust system apparatus according to the present invention.
  • the exhaust system according to the present invention is not limited to these, and may include other exhaust purification catalysts and other sensors (sensors for detecting the amount or concentration of a specific component in the exhaust). .
  • the collected PM gradually accumulates on the filter 4.
  • a so-called filter regeneration process is performed in which the temperature of the filter 4 is raised to a temperature at which PM can be oxidized.
  • the filter regeneration process is realized by adding fuel into the exhaust gas from the fuel addition valve 6.
  • the fuel added from the fuel addition valve 6 is oxidized in the oxidation catalyst 3.
  • the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 4 rises due to the oxidation heat generated by the oxidation of the fuel. As a result, the temperature of the filter 4 rises and PM is oxidized and removed.
  • the ECU 10 performs failure diagnosis for determining whether or not a failure of the filter 4 has occurred.
  • the failure diagnosis of the filter 4 according to the present embodiment is performed based on the output value of the PM sensor 8.
  • the amount of PM passing through the filter 4 is increased as compared with the case where the filter 4 is in a normal state. As a result, the amount of PM deposited on the PM sensor 8 per unit time increases. Therefore, when the amount of change in the output value of the PM sensor 8 during a predetermined diagnosis period exceeds a predetermined threshold, the ECU 10 determines that a failure of the filter 4 has occurred.
  • the predetermined diagnosis period is determined in advance based on experiments or the like as a period during which it can be determined that the PM accumulation amount in the PM sensor 8 is increased to the extent that it can be determined whether or not the filter 4 has failed.
  • the predetermined threshold is also a value determined in advance based on experiments or the like. The predetermined threshold may be changed based on the operating state of the internal combustion engine during a predetermined diagnosis period.
  • the PM sensor 8 In the failure diagnosis of the filter 4 as described above, the PM sensor 8 needs to be sufficiently activated in order to determine with high accuracy whether or not the failure of the filter 4 has occurred. That is, the PM sensor 8 needs to be warmed up.
  • the warm-up control of the exhaust system device including the PM sensor 8 is performed after the start of the internal combustion engine 1 at the normal time when the fuel injection timing in the internal combustion engine 1 is near top dead center (that is, warm-up control). This is realized by retarding the fuel injection timing after completion) and increasing the fuel injection amount from the normal fuel injection amount.
  • the temperature of the exhaust gas can be raised while maintaining the output torque of the internal combustion engine 1.
  • warm-up of the exhaust system device can be promoted.
  • warm-up control of the exhaust system is not limited to that realized by the above method.
  • the temperature of the exhaust gas may be raised by executing the auxiliary fuel injection at a time later than the main fuel injection in the internal combustion engine 1.
  • warm-up control may be realized using an electric heater or the like.
  • the failure diagnosis of the filter 4 is executed after the PM sensor 8 has been warmed up after the internal combustion engine 1 is started. For this reason, it takes a certain amount of time from the start of the internal combustion engine 1 until the failure diagnosis of the filter 4 is started.
  • the PM sensor 8 since the PM sensor 8 is provided on the downstream side of the selective reduction type NOx catalyst 5 in the exhaust passage 2, the temperature thereof does not easily rise. For this reason, it takes time to complete the warm-up of the PM sensor 8. In addition, it takes some time from the start of the failure diagnosis of the filter 4 to the completion of the failure diagnosis.
  • the operation of the internal combustion engine 1 is stopped in a short period of time after the internal combustion engine 1 is started, before the failure diagnosis of the filter 4 is started, or before the failure diagnosis is started, it is not completed. In addition, the operation of the internal combustion engine 1 may be stopped.
  • FIG. 4 is a time chart showing an example of the progress degree of failure diagnosis of the filter 4 after the internal combustion engine 1 is started.
  • the horizontal axis represents the elapsed time t from the start of the internal combustion engine 1
  • the vertical axis represents the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4.
  • Lc represents the completion level of the failure diagnosis of the filter 4. That is, when the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 reaches the completion level Lc, it is determined that the failure diagnosis of the filter 4 is completed.
  • the operation of the internal combustion engine is started at time t0 (ignition (IG) ON).
  • a period ⁇ tw from time t0 to t1 is a warm-up period of the exhaust system.
  • the failure diagnosis of the filter 4 is started from the time t1 when the warm-up of the PM sensor 8 is completed.
  • the operation of the internal combustion engine 1 is stopped at time t2 (ignition (IG) OFF).
  • the failure diagnosis progress degree Lobd of the filter 4 does not reach the completion level Lc at the time t2. That is, the operation of the internal combustion engine 1 is stopped before the failure diagnosis of the filter 4 is completed.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 for each travel of the vehicle equipped with the internal combustion engine 1 (that is, for each operation of the internal combustion engine 1).
  • the horizontal axis represents the number of times the vehicle has traveled
  • the vertical axis represents the failure diagnosis progress degree Lobd of the filter 4.
  • the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 does not reach the completion level Lc at any time of traveling. That is, FIG. 5 shows a state in which the operation of the internal combustion engine 1 is stopped after the start of the internal combustion engine 1 and before the failure diagnosis of the filter 4 is completed.
  • FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a target failure diagnosis completion time, a normal warm-up period, and an early warm-up period, which will be described later.
  • a target failure diagnosis completion time which is a time when the failure diagnosis of the next exhaust system device should be completed.
  • the length of the period from the failure diagnosis completion time of the filter 4 to the next target failure diagnosis completion time is predetermined based on experiments or the like. Further, as shown in FIG. 6, a predetermined period from the failure diagnosis completion time of the filter 4 to a time before the next target failure diagnosis completion time is set as the normal warm-up period.
  • a period from the time when the normal warm-up period has elapsed from the failure diagnosis completion time of the filter 4 to the next target failure diagnosis completion time is set as the early warm-up period.
  • the length of the period from the failure diagnosis completion time of the filter 4 to the next target failure diagnosis completion time and the length of the normal warm-up period and the early warm-up period are: It is defined in terms of the number of times the vehicle has traveled. However, the length of these periods may be defined in units of elapsed time.
  • the early warm-up is performed.
  • the warm-up control is changed to a control having a higher warm-up speed than the warm-up control executed during the normal warm-up period.
  • the fuel injection timing in the internal combustion engine 1 is retarded from the fuel injection timing in the warm-up control during the normal warm-up period, and the fuel injection amount Is increased from the fuel injection amount in the warm-up control during the normal warm-up period.
  • the warm-up control that is performed during the normal warm-up period is referred to as normal warm-up control
  • the warm-up control that is performed during the early warm-up period is referred to as early warm-up control.
  • the warm-up of the PM sensor 8 can be completed earlier by changing the warm-up control to the early warm-up control. Therefore, it becomes possible to perform the failure diagnosis of the filter 4 earlier. That is, during the early warm-up period, the period required from the start of the internal combustion engine 1 to the completion of the failure diagnosis of the filter 4 can be shortened compared to the normal warm-up period. Therefore, according to the present embodiment, if the failure diagnosis of the filter 4 is not completed during the normal warm-up period after the internal combustion engine 1 is started, the probability that the failure diagnosis of the filter 4 is completed during the early warm-up period. Can be made higher. That is, the probability of completing the next failure diagnosis of the filter 4 by the target failure diagnosis completion time can be further increased. Therefore, it is possible to suppress the state where the failure diagnosis of the filter 4 cannot be completed from continuing for an excessively long period.
  • the fuel consumption associated with the execution of the warm-up control increases as compared with the case where the normal warm-up control is executed.
  • the normal warm-up control is executed during the normal warm-up period.
  • the early warm-up control is executed during the early warm-up period. Accordingly, deterioration of fuel consumption can be suppressed as compared with a case where early warm-up control is always employed as warm-up control (that is, when early warm-up control is executed even during a normal warm-up period).
  • step S101 it is determined whether or not the early warm-up flag is ON.
  • the early warm-up flag is ON
  • the early warm-up control is selected as the warm-up control.
  • the early warm-up flag is OFF
  • the normal warm-up control is selected as the warm-up control. If a negative determination is made in step S101, the process of step S102 is executed next. If an affirmative determination is made, the process of step S109 is executed next.
  • step S102 the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 during the current vehicle travel is calculated.
  • the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 may be calculated as the length of time from when the internal combustion engine 1 is started or when the exhaust system device is warmed up to when the operation of the internal combustion engine 1 is stopped. Further, when failure diagnosis of exhaust system devices other than the filter 4 is performed together, it may be calculated as the number of items in which failure diagnosis has been completed before the operation of the internal combustion engine 1 is stopped.
  • step S103 1 is added to the travel count of the vehicle (that is, the number of travels of the vehicle since the previous failure diagnosis of the filter 4 was completed).
  • step S104 it is determined whether or not the failure diagnosis progress degree Lobd of the filter 4 calculated in step S102 is smaller than the failure diagnosis completion level Lc of the filter 4.
  • step S104 If an affirmative determination is made in step S104, it can be determined that the operation of the internal combustion engine 1 has been stopped before the failure diagnosis of the filter 4 is completed during the current vehicle travel. In this case, the process of step S105 is performed next. On the other hand, if a negative determination is made in step S104, it can be determined that the operation of the internal combustion engine 1 has been stopped after the failure diagnosis of the filter 4 is completed during the current vehicle travel. In this case, the process of step S115 is performed next.
  • step S105 an average value of the degree of progress Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 for each vehicle travel from the time point when the previous failure diagnosis of the filter 4 is completed to the present time (that is, during the normal warm-up period) is calculated.
  • step S106 it is determined whether or not the current vehicle travel count has exceeded the normal warm-up period Cnormal.
  • step S106 If an affirmative determination is made in step S106, the early warm-up flag is turned ON in step S107. In this case, the early warm-up control is executed as the warm-up control during the next vehicle travel. When the next main flow is executed, an affirmative determination is made in step S101. On the other hand, if a negative determination is made in step S105, then in step S108, the early warm-up flag is maintained OFF. In this case, during the next vehicle travel, the normal warm-up control is executed as the warm-up control, similar to this time. Further, when this flow is executed next time, a negative determination is made in step S101.
  • step S109 the value of the early warm-up parameter ⁇ q in the early warm-up control executed this time is calculated.
  • the early warm-up parameter ⁇ q is a parameter related to the warm-up speed of the exhaust system device, and as the value increases, the warm-up speed of the exhaust system device at the time of executing the early warm-up control increases. Specifically, as the value of the early warm-up parameter ⁇ q is larger, the fuel injection timing in the early warm-up control is retarded and the fuel injection amount is increased. Thereby, since the temperature of the exhaust gas from the internal combustion engine 1 becomes higher, the warm-up speed of the exhaust system device increases.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the vehicle running count and the early warm-up parameter ⁇ q.
  • the horizontal axis represents the running count of the vehicle
  • the vertical axis represents the value of the early warm-up parameter ⁇ q.
  • FIG. 11 shows an average value of the degree of progress Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 for each vehicle traveling calculated during the normal warm-up period calculated in step S105, and the initial value ⁇ q0 of the early warm-up parameter in the early warm-up period.
  • FIG. 6 is a diagram showing a relationship with (a value of an early control parameter at the time of early warm-up execution at the time of first vehicle travel in an early warm-up period). In FIG.
  • the horizontal axis represents the average value of the degree of progress Lobd of failure diagnosis of the filter 4 for each vehicle travel during the normal warm-up period
  • the vertical axis represents the initial value ⁇ q0 of the early warm-up parameter during the early warm-up period. Represents.
  • the initial value ⁇ q0 of the early warm-up parameter in the early warm-up period is calculated based on the average value of the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 for each vehicle travel during the normal warm-up period. .
  • the initial value ⁇ q0 of the early warm-up parameter in the early warm-up period is calculated as a larger value as the average value of the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 for each vehicle travel during the normal warm-up period is smaller. . That is, the lower the progress degree of the failure diagnosis of the filter 4 during the normal warm-up period, the higher the warm-up speed of the exhaust system device in the early warm-up control executed during the first vehicle travel in the early warm-up period.
  • the more the failure diagnosis of the filter 4 progresses during the normal warm-up period the time from the start of the internal combustion engine 1 during the first vehicle travel in the early warm-up period to the completion of warm-up of the exhaust system The period can be shortened.
  • the value of the early warm-up parameter ⁇ q is increased as the traveling count increases. That is, during the early warm-up period, until the failure diagnosis of the filter 4 is completed, the warm-up speed of the exhaust system device in the early warm-up control every time the vehicle travels (that is, every time the internal combustion engine 1 is started). Is raised. According to this, during the early warm-up period, the period from the start of the internal combustion engine 1 to the completion of warm-up of the exhaust system device is increased every time the vehicle travels until the failure diagnosis of the filter 4 is completed. It can be shortened.
  • the relationship between the average value of the degree Lobd and the initial value ⁇ q0 of the early warm-up parameter in the early warm-up period is stored in the ECU 10 as a map or a function.
  • the value of the early warm-up parameter ⁇ q is calculated using these maps or functions.
  • the value of the early warm-up parameter ⁇ q may be a constant value regardless of the travel count of the vehicle. Even in this case, by increasing the value of the early warm-up parameter ⁇ q as the average value of the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 for each vehicle run during the normal warm-up period is smaller, the filter 4 during the early warm-up period is increased. It is possible to increase the probability that the fault diagnosis is completed.
  • the probability of completing the failure diagnosis of the filter 4 during the early warm-up period can be further increased, and the early warm-up control can be performed.
  • the accompanying fuel consumption can be suppressed.
  • step S110 is executed.
  • step S110 the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 during the current vehicle travel is calculated.
  • step S111 1 is added to the traveling count of the vehicle.
  • step S112 it is determined whether or not the progress degree Lobd of the failure diagnosis of the filter 4 calculated in step S110 is smaller than the completion level Lc of the failure diagnosis of the filter 4.
  • step S112 If an affirmative determination is made in step S112, it can be determined that the operation of the internal combustion engine 1 has been stopped before the failure diagnosis of the filter 4 is completed during the current vehicle travel. In this case, next, the process of step S113 is executed. In step S113, the early warm-up flag is kept ON. Thereby, at the time of the next vehicle travel, the early warm-up control is executed as the warm-up control as in this case. When the next main flow is executed, an affirmative determination is made in step S101.
  • step S112 it can be determined that the operation of the internal combustion engine 1 has been stopped after the failure diagnosis of the filter 4 is completed during the current vehicle travel. In this case, the process of step S114 is performed next. In step S114, the length of the next normal warm-up period Cnormal is calculated.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the completion timing of the failure diagnosis of the filter 4 during the current early warm-up period and the length of the next normal warm-up period Cnormal.
  • the horizontal axis represents the completion timing of the failure diagnosis of the filter 4 during the current early warm-up period
  • the vertical axis represents the length of the next normal warm-up period Cnormal.
  • the length of the next normal warm-up period Cnormal is calculated based on the completion time of failure diagnosis of the filter 4 during the current early warm-up period.
  • the earlier the normal warm-up period Cnormal is calculated as a longer period as the failure diagnosis completion time of the filter 4 during the current early warm-up period is earlier. This is because if the completion timing of the failure diagnosis of the filter 4 during this early warm-up period is relatively early, the next normal warm-up period is lengthened, and the failure diagnosis of the filter 4 is completed during the normal warm-up period. This is because the failure diagnosis of the filter 4 is highly likely to be completed early after the transition to the early warm-up period.
  • the normal warm-up period is made as much as possible while suppressing failure diagnosis of the filter 4 from being completed by the target fault diagnosis completion time. Can be long. If the normal warm-up period becomes longer, the probability that the failure diagnosis of the filter 4 is completed during the normal warm-up period becomes higher. That is, the execution of the early warm-up control can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the deterioration of fuel consumption associated with the execution of the early warm-up control.
  • the relationship between the failure diagnosis completion timing of the filter 4 and the length of the next normal warm-up period Cnormal during the current early warm-up period as shown in FIG. 12 is stored in the ECU 10 as a map or a function. ing. In step S114, the length of the next normal warm-up period Cnormal is calculated using these maps or functions.
  • step S115 is executed.
  • step S115 since the fault diagnosis of the filter 4 has been completed, the running count is once reset to zero.
  • step S116 the early warm-up flag is turned off. That is, the next normal warm-up period starts from the time when the failure diagnosis of the filter 4 is completed.
  • the present invention can also be applied to failure diagnosis of exhaust system devices such as other exhaust purification catalysts and sensors. It can. That is, even when a failure diagnosis of another exhaust system device is performed at the time of starting the internal combustion engine, it is necessary that the exhaust system device has been warmed up before the failure diagnosis is performed. Therefore, when performing failure diagnosis of other exhaust system devices, warm-up control of the exhaust system devices is performed as in the case of performing filter failure diagnosis as described above. As a result, it is possible to suppress deterioration of fuel consumption associated with execution of warm-up control as much as possible while suppressing the state where failure diagnosis of other exhaust system devices subject to failure diagnosis cannot be completed for an excessively long period of time. can do.

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Abstract

　本発明は、内燃機関の排気系装置の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続するのを抑制することを目的とする。本発明に係る内燃機関の排気系暖機システムは、内燃機関の始動時に排気系装置を暖機する暖機制御を実行する暖機制御実行部と、排気系装置の暖機完了後に排気系装置の故障診断を実行する故障診断実行部と、を備えている。そして、内燃機関の始動後、故障診断実行部による排気系装置の故障診断が完了する前に該内燃機関の運転が停止される状態が所定期間繰り返された場合、暖機制御実行部が、該所定期間経過後において内燃機関の始動時に実行する暖機制御を、前記所定期間中に実行する暖機制御より排気系装置を速く昇温させることが可能な制御に変更する。

Description

内燃機関の排気系暖機システム
　本発明は、内燃機関の排気系の暖機制御を行う内燃機関の排気系暖機システムに関する。
　特許文献１には、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化装置が活性温度以上となる暖機完了まで内燃機関の運転を制御する内燃機関の暖機前運転制御装置が開示されている。該暖機前運転制御装置は、暖機完了が検出されるまで、点火時期を通常の点火時期より遅角側に制御すると共に、アクセルの操作にかかわらず吸入空気量の増加割合を所定値以下に抑制する。
　特許文献２には、排気浄化触媒の暖機要求時に、燃焼室内の燃焼空燃比をリッチに制御すると共に、２次空気供給装置を作動させて排気通路に２次空気を供給する内燃機関の燃焼空燃比制御装置が開示されている。該燃焼空燃比制御装置は、排気浄化触媒の暖機要求時において、該排気浄化触媒より上流側に設けられた排気空燃比センサが非活性状態のときは、燃焼空燃比を理論空燃比と該理論空燃比よりリッチ側における燃焼限界空燃比との間で安定した燃焼が可能な第１燃焼空燃比にオープン制御し、該排気空燃比センサが活性状態のときは、燃焼空燃比を前記第１燃焼空燃比よりリッチ側で燃焼限界空燃比近傍の第２燃焼空燃比にフィードバック制御する。
特開平０６－１４６９５５号公報 特開２００７－０３２３４０号公報
　内燃機関の排気通路には、排気浄化触媒（例えば、酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、又は選択還元型ＮＯｘ触媒等）やパティキュレートフィルタによって構成される排気浄化装置が設けられている。また、内燃機関の排気通路には、排気の空燃比を検出する空燃比センサや、排気中の特定成分（例えば、Ｏ２、ＨＣ、又はＰＭ（Particulate Matter）等）の量又は濃度を検出する各種センサが設けられる場合がある。
　排気浄化装置やセンサのような排気系装置に対しては故障診断が行われる。排気系装置の故障診断が正確に行われるためには、排気浄化装置に含まれる排気浄化触媒やセンサが十分に活性化している必要がある。即ち、排気系装置の温度が十分に上昇し、その暖機が完了している必要がある。
　従って、排気系装置の故障診断は、内燃機関の始動後、排気系装置の暖機が完了した後に実行される。そのため、内燃機関の始動後、その運転が短期間で停止されると、排気系装置の故障診断の実行が開始される前、或いは、該故障診断の実行が開始されてもそれが完了する前に、内燃機関の運転が停止される場合がある。そして、このような内燃機関の短期間運転が繰り返して行われると、排気系装置の故障診断が完了できない状態が長期間継続する虞がある。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気系装置の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続するのを抑制することを目的とする。
　本発明は、内燃機関の始動後において排気系装置の故障診断が完了する前に該内燃機関の運転が停止される状態が所定期間繰り返された場合、該所定期間経過後における暖機制御を、該所定期間中における暖機制御より排気系装置を速く昇温させることが可能な制御に変更するものである。
　より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気系暖機システムは、
　内燃機関の始動時に、該内燃機関の排気通路に設けられた排気系装置を暖機する暖機制御を実行する暖機制御実行部と、
　前記排気系装置の暖機完了後に前記排気系装置の故障診断を実行する故障診断実行部と、を備え、
　内燃機関の始動後、前記故障診断実行部による前記排気系装置の故障診断が完了する前に該内燃機関の運転が停止される状態が所定期間繰り返された場合、前記暖機制御実行部が、該所定期間経過後において内燃機関の始動時に実行する暖機制御を、前記所定期間中に実行する暖機制御より前記排気系装置を速く昇温させることが可能な制御に変更する。
　ここで、排気系装置は複数の装置を含んで構成されてもよい。例えば、排気系装置は、故障診断の対象となる装置と、故障診断に用いられるセンサ等の装置とによって構成されてもよい。
　内燃機関の始動後に実行する暖機制御を、排気系装置をより速く昇温させることが可能な制御に変更することで、排気系装置の故障診断をより早期に実行することが可能となる。従って、本発明によれば、内燃機関の始動後における排気系装置の故障診断が所定期間完了しなかった場合、該所定期間経過後において、排気系装置の故障診断が完了する確率をより高くすることができる。そのため、内燃機関の排気系装置の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続することを抑制することができる。
　また、燃料噴射時期の遅角、又は主燃料噴射よりも後に行われる副燃料噴射のように、燃料を用いて暖機制御を実行する場合は、排気系装置の昇温速度を上昇させるために燃料消費量を増加させる必要がある。このような場合においても、本発明では、所定期間中においては、暖機制御における燃料消費量の増加が抑制される。従って、排気系装置をより速く昇温させることが可能な制御に暖機制御が変更されることに伴う燃費の悪化を抑制することができる。
　ここで、故障診断実行部による排気系装置の故障診断が完了してから、次回の排気系装置の故障診断が完了されるべき時期である目標故障診断完了時期までの期間において、排気系装置の故障診断が完了した時点から前記所定期間が経過するまでの期間を通常暖機期間とし、該通常暖機期間が経過した時点から目標故障診断完了時期までの期間を早期暖機期間とする。このとき、通常暖機期間中に故障診断実行部による排気系装置の故障診断が完了しなかった場合、早期暖機期間中においては、暖機制御実行部が、暖機制御を、通常暖機期間中に実行する暖機制御より排気系装置を速く昇温させることが可能な制御に変更することで、内燃機関の始動後から排気系装置の暖機完了までの期間を短縮させてもよい。
　これによれば、早期暖機期間中においては、内燃機関の始動後から故障診断実行部による排気系装置の故障診断の完了までに必要な期間を短縮させることができる。従って、早期暖機期間中に排気系装置の故障診断が完了する確率をより高くすることができる。即ち、目標故障診断完了時期までに次回の排気系装置の故障診断が完了する確率をより高くすることができる。
　また、暖機制御実行部は、通常暖機期間中における故障診断実行部による排気系装置の故障診断の進捗度合いに基づいて、早期暖機期間中に実行する暖機制御における排気系装置の暖機速度に関連するパラメータの値を決定してもよい。つまり、通常暖機期間中において排気系装置の故障診断が比較的進んでいない状態で内燃機関の運転が停止された場合、通常暖機期間中において排気系装置の故障診断が比較的進んだ状態で内燃機関の運転が停止された場合に比べて、早期暖機期間中に実行する暖機制御における排気系装置の暖機速度をより高くしてもよい。
　これによれば、通常暖機期間中において排気系装置の故障診断が進んでいないときほど、早期暖機期間における、内燃機関の始動後から排気系装置の暖機完了までの期間を短縮することができる。そのため、早期暖機期間中に排気系装置の故障診断が完了する確率をより高くすることができる。
　また、早期暖機期間中において、故障診断実行部による排気系装置の故障診断が完了するまでの間は、暖機制御実行部が、内燃機関の始動毎に、暖機制御における排気系装置の暖機速度をより高くしてもよい。これによれば、早期暖機期間中に排気系装置の故障診断が完了する確率をより高くすることができる。
　また、早期暖機期間中において、故障診断実行部による排気系装置の故障診断が早い時期に完了したときは、該故障診断が遅い時期に完了したときに比べて、次回の通常暖機期間をより長くしてもよい。これによれば、排気系装置の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続することを抑制しつつ、通常暖機期間を可及的に長くすることができる。
　本発明によれば、内燃機関の排気系装置の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続することを抑制することができる。
実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係るＰＭセンサのセンサ素子の概略構成を示す図である。 実施例に係る、ＰＭセンサにおけるＰＭ堆積量と、ＰＭセンサの電極間の電気抵抗及びＰＭセンサの出力値との関係を示すグラフである。 内燃機関の始動後におけるフィルタの故障診断の進捗度合いの一例を示すタイムチャートである。 内燃機関を搭載した車両の走行毎のフィルタの故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの一例を示す図である。 実施例に係る、目標故障診断完了時期、通常暖機期間、および早期暖機期間の関係を示す図である。 実施例に係る排気系装置の暖機制御の設定のフローを示すフローチャートの一部である。 実施例に係る排気系装置の暖機制御の設定のフローを示すフローチャートの一部である。 実施例に係る排気系装置の暖機制御の設定のフローを示すフローチャートの一部である。 実施例に係る、車両の走行カウントと早期暖機パラメータαｑとの関係を示す図である。 実施例に係る、通常暖機期間中における車両走行毎のフィルタの故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの平均値と、早期暖機期間における早期暖機パラメータの初期値αｑ０との関係を示す図である。 実施例に係る、今回の早期暖機期間中におけるフィルタの故障診断の完了時期と次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌの長さとの関係を示す図である。
　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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは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＞
　ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合について説明する。ただし、本発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
　［内燃機関の排気系の概略構成］
　図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には排気通路２が接続されている。尚、図１における矢印は、排気の流れ方向を表している。
　排気通路２には、酸化触媒３、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）４、及び選択還元型ＮＯｘ触媒５が、排気の流れに沿って上流側から順に設けられている。フィルタ４は排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集する。尚、フィルタ４には、酸化触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、又は選択還元型ＮＯｘ触媒等の触媒が担持されていてもよい。選択還元型ＮＯｘ触媒５はアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する触媒である。
　酸化触媒３より上流側の排気通路２には燃料添加弁６が設けられている。また、フィルタ４と選択還元型ＮＯｘ触媒５との間の排気通路２には尿素添加弁７が設けられている。尿素添加弁７は排気中に尿素水溶液を添加する。尿素添加弁７には、尿素水溶液が貯留されている尿素タンク（図示せず）が接続されている。尿素タンクから尿素添加弁７に尿素水溶液が供給される。尿素添加弁７から尿素水溶液が添加されることで、選択還元型ＮＯｘ触媒５に尿素が供給される。選択還元型ＮＯｘ触媒５に供給された尿素は、該選択還元型ＮＯｘ触媒５に一旦吸着する。そして、吸着した尿素が加水分解することでアンモニアが生成される。該アンモニアが還元剤となって排気中のＮＯｘが還元される。
　選択還元型ＮＯｘ触媒５より下流側の排気通路２にはＰＭセンサ８が設けられている。ＰＭセンサ８は、自身におけるＰＭ堆積量に対応する電気信号を出力するセンサである。
　ここで、ＰＭセンサ８の詳細について、図２及び３に基づいて説明する。図２は、ＰＭセンサ８のセンサ素子の概略構成を示す図である。図３は、ＰＭセンサ８におけるＰＭ堆積量と、ＰＭセンサ８の電極８ａ，８ｂ間の電気抵抗及びＰＭセンサ８の出力値との関係を示すグラフである。図３において、横軸はＰＭセンサ８におけるＰＭ堆積量を表しており、下段縦軸はＰＭセンサ８の電極８ａ，８ｂ間の電気抵抗を表しており、上段縦軸はＰＭセンサ８の出力値を表している。
　図２に示すように、ＰＭセンサ８のセンサ素子は、一対の櫛歯型電極８ａ，８ｂを有している。ＰＭセンサ８には、排気中のＰＭが付着し、該付着したＰＭが徐々に堆積する。ＰＭセンサ８におけるＰＭ堆積量が増加するにつれて、電極８ａ，８ｂ間に存在するＰＭの量が増加する。
　そのため、図３に示すように、ＰＭセンサ８におけるＰＭ堆積量が多いほど、電極８ａ，８ｂ間の電気抵抗が低くなる。そして、電極８ａ，８ｂ間の電気抵抗が低下するほど、ＰＭセンサ８の出力値が増加する。従って、該ＰＭセンサ８の出力値は、ＰＭセンサ８におけるＰＭ堆積量に対応した値となる。
　尚、電極８ａ，８ｂ間に存在するＰＭの量が変化すれば、該電極８ａ，８ｂ間を流れる電流等の電気抵抗以外の電気的特性値も変化する。そのため、ＰＭセンサ８は、電気抵抗以外の電気的特性値に基づいて、自身に堆積したＰＭ量に対応した信号を出力するものであってもよい。また、本実施例に係るＰＭセンサは、自身に堆積したＰＭ量に対応する信号を出力するものに限られるものではなく、排気中のＰＭ量（流量）に対応する信号を出力するものであってもよい。
　内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。該ＥＣＵ１０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ１０には、ＰＭセンサ８、及びクランク角センサ１１等の各種センサが電気的に接続されている。クランク角センサ１１は内燃機関１のクランク角を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。ＥＣＵ１０は、クランク角センサ１１の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。
　また、ＥＣＵ１０には、燃料添加弁６及び尿素添加弁７が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によってこれらの装置が制御される。
　尚、本実施例においては、酸化触媒３、フィルタ４、選択還元型ＮＯｘ触媒５、およびＰＭセンサ８が、本発明に係る排気系装置に相当する。ただし、本発明に係る排気系装置はこれらに限られるものではなく、他の排気浄化触媒や他のセンサ（排気中の特定成分の量又は濃度を検出するセンサ）を含んで構成されてもよい。
　［フィルタの故障診断］
　フィルタ４には、捕集されたＰＭが徐々に堆積する。本実施例では、該堆積したＰＭを除去するために、フィルタ４の温度をＰＭの酸化が可能な温度まで上昇させる所謂フィルタ再生処理が行われる。フィルタ再生処理は、燃料添加弁６から排気中に燃料を添加することで実現される。燃料添加弁６から添加された燃料は、酸化触媒３において酸化される。燃料が酸化することで生じる酸化熱によって、フィルタ４に流入する排気の温度が上昇する。その結果、フィルタ４の温度が上昇し、ＰＭが酸化され除去される。
　上記のように、フィルタ再生処理が実行されるとフィルタ４の温度が高温となる。そのため、フィルタ４においては、破損や溶損等の故障が発生する場合がある。そこで、本実施例では、ＥＣＵ１０によって、フィルタ４の故障が発生したか否かを判別するための故障診断が行われる。本実施例に係るフィルタ４の故障診断は、ＰＭセンサ８の出力値に基づいて行われる。
　破損や溶損等のフィルタ４の故障が発生した場合、フィルタ４が正常な状態の場合よりも該フィルタ４を通過するＰＭ量が増加する。その結果、ＰＭセンサ８に単位時間あたりに堆積するＰＭの量が増加する。そこで、所定の診断期間中におけるＰＭセンサ８の出力値の変化量が所定の閾値を超えた場合、ＥＣＵ１０は、フィルタ４の故障が発生したと判定する。
　ここで、所定の診断期間は、フィルタ４の故障が発生したか否かを判別することができる程度に、ＰＭセンサ８におけるＰＭ堆積量が増加すると判断できる期間として、実験等に基づいて予め定められた期間である。また、所定の閾値も、実験等に基づいて予め定められた値である。該所定の閾値は、所定の診断期間中の内燃機関の運転状態に基づいて変更されてもよい。
　上記のようなフィルタ４の故障診断において、フィルタ４の故障が発生したか否かを高精度で判別するためには、ＰＭセンサ８が十分に活性化している必要がある。つまり、ＰＭセンサ８の暖機が完了している必要がある。
　本実施例において、ＰＭセンサ８を含む排気系装置の暖機制御は、内燃機関１の始動後、該内燃機関１での燃料噴射時期を上死点近傍である通常時（即ち、暖機制御完了後）の燃料噴射時期よりも遅角すると共に、燃料噴射量を通常時の燃料噴射量よりも増加させることで実現される。このように燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御することで、内燃機関１の出力トルクを維持しつつ排気の温度を上昇させることができる。その結果、排気系装置の暖機を促進させることができる。
　尚、本発明に係る排気系装置の暖機制御は上記のような方法で実現されるものに限られるものではない。例えば、内燃機関１において主燃料噴射よりも後の時期に副燃料噴射を実行することで排気の温度を上昇させてもよい。また、電気ヒータ等を用いて暖機制御を実現してもよい。
　そして、フィルタ４の故障診断は、内燃機関１の始動後、ＰＭセンサ８の暖機が完了してから実行される。そのため、内燃機関１が始動してからフィルタ４の故障診断が開始されるまでには、ある程度の時間がかかる。特に、本実施例においては、ＰＭセンサ８が、排気通路２における選択還元型ＮＯｘ触媒５よりも下流側に設けられているため、その温度が上昇し難い。そのため、ＰＭセンサ８の暖機が完了するまでには時間がかかる。また、フィルタ４の故障診断が開始されてから該故障診断が完了するまでにも、ある程度の時間がかかる。そのため、内燃機関１の始動後、その運転が短期間で停止されると、フィルタ４の故障診断の実行が開始される前、或いは、該故障診断の実行が開始されてもそれが完了する前に、内燃機関１の運転が停止される場合がある。
　図４は、内燃機関１の始動後におけるフィルタ４の故障診断の進捗度合いの一例を示すタイムチャートである。図４において、横軸は内燃機関１の始動時からの経過時間ｔを表しており、縦軸はフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄを表している。また、図４において、Ｌｃは、フィルタ４の故障診断の完了レベルを表している。つまり、フィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄが該完了レベルＬｃに達すれば、フィルタ４の故障診断が完了したと判断される。
　図４では、時間ｔ０において内燃機関の運転が開始される（イグニッション（Ｉ．Ｇ．）ＯＮ）。また、時間ｔ０からｔ１までの期間Δｔｗは排気系装置の暖機期間である。そして、ＰＭセンサ８の暖機が完了した時間ｔ１からフィルタ４の故障診断が開始される。その後、時間ｔ２において内燃機関１の運転が停止される（イグニッション（Ｉ．Ｇ．）ＯＦＦ）。図４では、該時間ｔ２の時点でフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄが完了レベルＬｃに達していない。つまり、フィルタ４の故障診断が完了する前に、内燃機関１の運転が停止されている。
　図５は、内燃機関１を搭載した車両の走行毎（即ち、内燃機関１の運転毎）のフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの一例を示す図である。図５において、横軸は車両の走行回数を表しており、縦軸はフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄを表している。図５では、いずれの走行時においても、フィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄが完了レベルＬｃに達していない。つまり、図５は、内燃機関１の始動後、フィルタ４の故障診断が完了する前に該内燃機関１の運転が停止される状態が継続している状態を示している。
　［排気系装置の暖機制御］
　このように、内燃機関１の短期間運転が長期間繰り返して行われると、フィルタ４の故障診断が完了できない状態が長期間継続する虞がある。そこで、本実施例では、フィルタ４の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続することを抑制すべく、内燃機関１の始動後の排気系装置の暖機制御における暖機速度を調整する。
　図６は、後述する、目標故障診断完了時期、通常暖機期間、および早期暖機期間の関係を示す図である。本実施例では、今回のフィルタ４の故障診断が完了した時点で、次回の排気系装置の故障診断が完了されるべき時期である目標故障診断完了時期が設定される。フィルタ４の故障診断完了時期から次回の目標故障診断完了時期までの期間の長さは、実験等に基づいて予め定められている。さらに、図６に示すように、フィルタ４の故障診断完了時期から、次回の目標故障診断完了時期よりも前の時期までの所定期間が通常暖機期間として設定される。また、フィルタ４の故障診断完了時期から通常暖機期間が経過した時点から次回の目標故障診断完了時期までの期間が早期暖機期間として設定される。尚、図６に示すように、本実施例では、フィルタ４の故障診断完了時期から次回の目標故障診断完了時期までの期間の長さと、通常暖機期間および早期暖機期間の長さとは、車両の走行回数を単位として規定される。ただし、これらの期間の長さは経過時間を単位として規定されてもよい。
　そして、フィルタ４の故障診断が一度完了してから、通常暖機期間中に、内燃機関１の短期間運転が繰り返されることで次回のフィルタ４の故障診断が完了しなかった場合、早期暖機期間においては、暖機制御を、通常暖機期間中に実行した暖機制御よりも暖機速度が高い制御に変更する。具体的には、早期暖機期間中の暖機制御においては、内燃機関１での燃料噴射時期を通常暖機期間中の暖機制御における燃料噴射時期よりも遅角させると共に、その燃料噴射量を通常暖機期間中の暖機制御における燃料噴射量よりも増加させる。これによれば、早期暖機期間中の暖機制御の実行時において、内燃機関１の出力トルクを維持しつつ、排気の温度を通常暖機期間中の暖機制御の実行時よりも高くすることができる。排気の温度を高くすることで、ＰＭセンサ８を含む排気系装置をより早く昇温させることが可能となる。以下、通常暖機期間中に実行する暖機制御を通常暖機制御と称し、早期暖機期間中に実行する暖機制御を早期暖機制御と称する。
　早期暖機期間中においては、暖機制御を早期暖機制御に変更することで、ＰＭセンサ８の暖機をより早期に完了させることができる。そのため、フィルタ４の故障診断をより早期に実行することが可能となる。つまり、早期暖機期間中においては、内燃機関１の始動後からフィルタ４の故障診断の完了までに必要な期間を、通常暖機期間中よりも短縮させることができる。従って、本実施例によれば、内燃機関１の始動後において、通常暖機期間中にフィルタ４の故障診断が完了しなかった場合、早期暖機期間中にフィルタ４の故障診断が完了する確率をより高くすることができる。つまり、目標故障診断完了時期までに次回のフィルタ４の故障診断が完了する確率をより高くすることができる。従って、フィルタ４の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続することを抑制することができる。
　また、早期暖機制御を実行した場合、通常暖機制御を実行した場合に比べて、暖機制御の実行に伴う燃料消費量が増加する。しかしながら、本実施例では、通常暖機期間中は通常暖機制御が実行される。そして、通常暖機期間中にフィルタ４の故障診断が完了しなかった場合にのみ、早期暖機期間中において早期暖機制御が実行される。従って、暖機制御として常に早期暖機制御を採用する場合（即ち、通常暖機期間においても早期暖機制御を実行する場合）に比べて、燃費の悪化を抑制することができる。
　以下、本実施例に係る排気系装置の暖機制御の設定のフローについて図７～９に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ１０に記憶されており、ＥＣＵ１０によって内燃機関１を搭載した車両の走行毎に実行される。
　本フローでは、先ずステップＳ１０１において、早期暖機フラグがＯＮとなっているか否かが判別される。尚、早期暖機フラグがＯＮとなっている場合は、暖機制御として早期暖機制御が選択される。一方、早期暖機フラグがＯＦＦとなっている場合は、暖機制御として通常暖機制御が選択される。ステップＳ１０１において、否定判定された場合、次にステップＳ１０２の処理が実行され、肯定判定された場合、次にステップＳ１０９の処理が実行される。
　ステップＳ１０２においては、今回の車両走行時におけるフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄが算出される。尚、フィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄは、内燃機関１の始動時又は排気系装置の暖機完了時から内燃機関１の運転停止までの時間の長さとして算出されてもよい。また、フィルタ４以外の排気系装置の故障診断が合わせて行われる場合は、その故障診断項目のうち、内燃機関１の運転停止までに故障診断が完了した項目の数として算出されてもよい。
　次に、ステップＳ１０３において、車両の走行カウント（即ち、前回のフィルタ４の故障診断が完了してからの車両の走行回数）に１が加算される。次に、ステップＳ１０４において、ステップＳ１０２で算出されたフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄが、フィルタ４の故障診断の完了レベルＬｃより小さいか否かが判別される。
　ステップＳ１０４において肯定判定された場合、今回の車両走行時においては、フィルタ４の故障診断が完了する前に内燃機関１の運転が停止されたと判断できる。この場合、次に、ステップＳ１０５の処理が実行される。一方、ステップＳ１０４において否定判定された場合、今回の車両走行時においては、フィルタ４の故障診断が完了した後に内燃機関１の運転が停止されたと判断できる。この場合、次に、ステップＳ１１５の処理が実行される。
　ステップＳ１０５においては、前回のフィルタ４の故障診断が完了した時点から現時点までの間（即ち、通常暖機期間中）における車両走行毎のフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの平均値が算出される。次に、ステップＳ１０６において、現時点の車両の走行カウントが、通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌを超えたか否かが判別される。
　ステップＳ１０６において肯定判定された場合、次にステップＳ１０７において、早期暖機フラグがＯＮにされる。この場合、次回の車両走行時には、暖機制御として早期暖機制御が実行される。また、次回の本フローの実行時には、ステップＳ１０１において肯定判定される。一方、ステップＳ１０５において否定判定された場合、次にステップＳ１０８において、早期暖機フラグがＯＦＦに維持される。この場合、次回の車両走行時には、今回と同様、暖機制御として通常暖機制御が実行される。また、次回の本フローの実行時には、ステップＳ１０１において否定判定される。
　また、ステップＳ１０９においては、今回実行される早期暖機制御における早期暖機パラメータαｑの値が算出される。ここで、早期暖機パラメータαｑとは、排気系装置の暖機速度に関連するパラメータであって、その値が大きいほど早期暖機制御実行時の排気系装置の暖機速度が大きくなる。具体的には、早期暖機パラメータαｑの値が大きいほど、早期暖機制御における燃料噴射時期が遅角され且つ燃料噴射量が多くされる。これにより、内燃機関１から排気の温度がより高くなるため、排気系装置の暖機速度が大きくなる。
　図１０は、車両の走行カウントと早期暖機パラメータαｑとの関係を示す図である。図１０において、横軸は車両の走行カウントを表しており、縦軸は早期暖機パラメータαｑの値を表している。また、図１１は、ステップＳ１０５にて算出された通常暖機期間中における車両走行毎のフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの平均値と、早期暖機期間における早期暖機パラメータの初期値αｑ０（即ち、早期暖機期間における最初の車両走行時の早期暖機実行時の早期制御パラメータの値）との関係を示す図である。図１１において、横軸は通常暖機期間中における車両走行毎のフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの平均値を表しており、縦軸は早期暖機期間における早期暖機パラメータの初期値αｑ０を表している。
　図１１に示すように、早期暖機期間における早期暖機パラメータの初期値αｑ０は、通常暖機期間中における車両走行毎のフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの平均値に基づいて算出される。このとき、通常暖機期間中における車両走行毎のフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの平均値が小さいほど、早期暖機期間における早期暖機パラメータの初期値αｑ０はより大きい値として算出される。つまり、通常暖機期間中におけるフィルタ４の故障診断の進捗度合いが低いほど、早期暖機期間における最初の車両走行時に実行される早期暖機制御での排気系装置の暖機速度が高くされる。これによれば、通常暖機期間中においてフィルタ４の故障診断が進んでいないときほど、早期暖機期間における最初の車両走行時の内燃機関１の始動後から排気系装置の暖機完了までの期間を短縮することができる。
　また、図１０に示すように、早期暖機期間中においては、走行カウントが増加するほど、早期暖機パラメータαｑの値が大きくされる。つまり、早期暖機期間中において、フィルタ４の故障診断が完了するまでの間は、車両の走行毎（即ち、内燃機関１の始動毎）に、早期暖機制御における排気系装置の暖機速度が高くされる。これによれば、早期暖機期間中において、フィルタ４の故障診断が完了するまでの間は、車両の走行毎に、内燃機関１の始動後から排気系装置の暖機完了までの期間をより短縮することができる。
　内燃機関１の始動後から排気系装置の暖機完了までの期間が短くなるほど、内燃機関１の運転が停止されるまでにフィルタ４の故障診断が完了する確率は高くなる。従って、早期暖機期間における早期暖機パラメータαｑを上記のように決定することで、早期暖機期間中にフィルタ４の故障診断が完了する確率をより高くすることができる。
　本実施例では、図１０に示すような車両の走行カウントと早期暖機パラメータαｑとの関係、および、図１１に示すような通常暖機期間中における車両走行毎のフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの平均値と早期暖機期間における早期暖機パラメータの初期値αｑ０との関係が、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。そして、ステップＳ１０９では、これらのマップ又は関数を用いて早期暖機パラメータαｑの値が算出される。
　ただし、早期暖機パラメータαｑの値を必ずしも上記のように決定する必要はない。例えば、早期暖機期間における早期暖機パラメータαｑの値を車両の走行カウントに関わらず一定値としてもよい。この場合でも、通常暖機期間中における車両走行毎のフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄの平均値が小さいほど早期暖機パラメータαｑの値を大きくすることで、早期暖機期間中にフィルタ４の故障診断が完了する確率を高くすることができる。しかしながら、早期暖機パラメータαｑの値を上記のように決定することで、早期暖機期間中にフィルタ４の故障診断が完了する確率をより高くすることができると共に、早期暖機制御の実行に伴う燃料消費量を抑制することができる。
　ステップＳ１０９の処理の次には、ステップＳ１１０の処理が実行される。ステップＳ１１０においては、今回の車両走行時におけるフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄが算出される。次に、ステップＳ１１１において、車両の走行カウントに１が加算される。次に、ステップＳ１１２において、ステップＳ１１０で算出されたフィルタ４の故障診断の進捗度合いＬｏｂｄが、フィルタ４の故障診断の完了レベルＬｃより小さいか否かが判別される。
　ステップＳ１１２において肯定判定された場合、今回の車両走行時においては、フィルタ４の故障診断が完了する前に内燃機関１の運転が停止されたと判断できる。この場合、次に、ステップＳ１１３の処理が実行される。ステップＳ１１３においては、早期暖機フラグがＯＮに維持される。これにより、次回の車両走行時には、今回と同様、暖機制御として早期暖機制御が実行される。また、次回の本フローの実行時には、ステップＳ１０１において肯定判定される。
　一方、ステップＳ１１２において否定判定された場合、今回の車両走行時においては、フィルタ４の故障診断が完了した後に内燃機関１の運転が停止されたと判断できる。この場合、次に、ステップＳ１１４の処理が実行される。ステップＳ１１４においては、次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌの長さが算出される。
　図１２は、今回の早期暖機期間中におけるフィルタ４の故障診断の完了時期と次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌの長さとの関係を示す図である。図１２において、横軸は今回の早期暖機期間中におけるフィルタ４の故障診断の完了時期を表しており、縦軸は次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌの長さを表している。
　図１２に示すように、次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌの長さは、今回の早期暖機期間中におけるフィルタ４の故障診断の完了時期に基づいて算出される。このとき、今回の早期暖機期間中におけるフィルタ４の故障診断の完了時期が早いほど、次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌはより長い期間として算出される。これは、今回の早期暖機期間中におけるフィルタ４の故障診断の完了時期が比較的早ければ、次回の通常暖機期間をより長くし、その通常暖機期間中にフィルタ４の故障診断の完了しなかったとても、早期暖機期間に移行後に早い時期にフィルタ４の故障診断が完了する確率が高いためである。
　つまり、次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌを上記のように決定することで、フィルタ４の故障診断が目標故障診断完了時期までに完了できなくなることを抑制しつつ、通常暖機期間を可及的に長くすることができる。通常暖機期間が長くなれば、通常暖機期間中にフィルタ４の故障診断が完了する確率がより高くなる。つまり、早期暖機制御の実行を抑制することができる。その結果、早期暖機制御の実行の実行に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
　本実施例では、図１２に示すような今回の早期暖機期間中におけるフィルタ４の故障診断の完了時期と次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌの長さとの関係が、マップ又は関数としてＥＣＵ１０に記憶されている。そして、ステップＳ１１４では、これらのマップ又は関数を用いて次回の通常暖機期間Ｃｎｏｒｍａｌの長さが算出される。
　ステップＳ１１４の処理の次には、ステップＳ１１５の処理が実行される。ステップＳ１１５においては、フィルタ４の故障診断が完了したために、走行カウントが一旦零に戻される。次に、ステップＳ１１６において、早期暖機フラグがＯＦＦにされる。つまり、今回のフィルタ４の故障診断が完了した時点から、次回の通常暖機期間が開始することになる。
　上記フローによれば、フィルタ４の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続することを抑制しつつ、暖機制御の実行に伴う燃費の悪化を可及的に抑制することができる。
　尚、上記においては、フィルタの故障診断に本発明を適用した場合の実施例について説明したが、本発明は、他の排気浄化触媒やセンサ等の排気系装置の故障診断にも適用することができる。つまり、内燃機関の始動時に他の排気系装置の故障診断を行う場合においても、故障診断を実施する前に排気系装置の暖機が完了している必要がある。そこで、他の排気系装置の故障診断を行う場合においても、上記のようなフィルタの故障診断を行う場合と同様に、排気系装置の暖機制御を実施する。これにより、故障診断の対象となる他の排気系装置の故障診断が完了できない状態が過剰に長い期間継続することを抑制しつつ、暖機制御の実行に伴う燃費の悪化も可及的に抑制することができる。
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・酸化触媒
４・・・パティキュレートフィルタ（フィルタ）
５・・・選択還元型ＮＯｘ触媒
６・・・燃料添加弁
７・・・尿素添加弁
８・・・ＰＭセンサ
１０・・ＥＣＵ
１１・・クランク角センサ

Claims (5)

  1. 　内燃機関の始動時に、該内燃機関の排気通路に設けられた排気系装置を暖機する暖機制御を実行する暖機制御実行部と、
    　前記排気系装置の暖機完了後に前記排気系装置の故障診断を実行する故障診断実行部と、を備え、
    　内燃機関の始動後、前記故障診断実行部による前記排気系装置の故障診断が完了する前に該内燃機関の運転が停止される状態が所定期間繰り返された場合、前記暖機制御実行部が、該所定期間経過後において内燃機関の始動時に実行する暖機制御を、前記所定期間中に実行する暖機制御より前記排気系装置を速く昇温させることが可能な制御に変更する内燃機関の排気系暖機システム。
  2. 　前記故障診断実行部による前記排気系装置の故障診断が完了してから、次回の前記排気系装置の故障診断が完了されるべき時期である目標故障診断完了時期までの期間において、前記排気系装置の故障診断が完了した時点から前記所定期間が経過するまでの期間を通常暖機期間とし、該通常暖機期間が経過した時点から前記目標故障診断完了時期までの期間を早期暖機期間とし、
    　前記通常暖機期間中に前記故障診断実行部による前記排気系装置の故障診断が完了しなかった場合、前記早期暖機期間中においては、前記暖機制御実行部が、暖機制御を、前記通常暖機期間中に実行する暖機制御より前記排気系装置を速く昇温させることが可能な制御に変更することで、前記内燃機関の始動後から前記排気系装置の暖機完了までの期間を短縮させる請求項１記載の内燃機関の排気系暖機システム。
  3. 　前記暖機制御実行部が、前記通常暖機期間中における前記故障診断実行部による前記排気系装置の故障診断の進捗度合いに基づいて、前記早期暖機期間中に実行する暖機制御における前記排気系装置の暖機速度に関連するパラメータの値を決定する請求項２に記載の内燃機関の排気系暖機システム。
  4. 　前記早期暖機期間中において、前記故障診断実行部による前記排気系装置の故障診断が完了するまでの間は、前記暖機制御実行部が、内燃機関の始動毎に、暖機制御における前記排気系装置の暖機速度をより高くする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気系暖機システム。
  5. 　前記早期暖機期間中において、前記故障診断実行部による前記排気系装置の故障診断が早い時期に完了したときは、該故障診断が遅い時期に完了したときに比べて、次回の通常暖機期間をより長くする請求項２から４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気系暖機システム。
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