JP2006220020A - 触媒の暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の下流側の排気特性の悪化を好適に抑制しつつ、触媒の暖機を早期に行うことができる触媒の暖機制御装置を提供する。
【解決手段】触媒が排気の浄化を開始する所定の温度であるＴ１となる前までは、点火時期の遅角操作を行う。これにより、排気の温度を上昇させて排気の熱により触媒の暖機制御を行う。そして、触媒の温度がＴ１以上となると、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作を行う。これにより、リーン燃焼によって発生する酸素と、リッチ燃焼によって発生する酸素との酸化反応熱により触媒の暖機制御を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、触媒の早期の暖機を図る触媒の暖機制御装置に関する。

この種の暖機制御装置は、排気の熱を利用して触媒を暖機するものと、触媒の反応熱を利用して触媒を暖機するものとに大別される。

上記排気の熱を利用して触媒を暖機するものとしては、点火時期を遅角して排気の温度を上昇させるもの（特許文献１）や、筒内噴射式の内燃機関において膨張行程で燃料噴射を行うもの（特許文献２）、空燃比をリーンとするもの、内燃機関の回転速度を上昇させるもの等がある。

また、触媒の反応熱を利用して触媒を暖機するものとしては、空燃比をリーンとするとともに触媒の上流側から大気（２次空気）を導入するもの（特許文献３、特許文献４）や、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させるもの（特許文献５）等がある。

ところで、上記排気の熱を利用して触媒を暖機するものでは、触媒の温度を排気の温度までしか上昇させることができない。このため、触媒が未活性であって且つ、排気の温度が触媒の温度よりも低くなる場合には、触媒の温度を低下させかねない。

また、上記反応熱を利用して触媒を暖機するものでは、触媒の温度が低く未活性の状態では、触媒との反応に供される反応成分である炭化水素（ＨＣ）や、一酸化炭素（ＣＯ）が未反応となり、暖気効果が十分に得られないのみならず、排気特性の悪化を招く。

なお、こうした問題は、内燃機関の冷間始動時等において特に生じやすい。
特開平６−１０１４５６号公報 特開平８−１００６３８号公報 特開平６−０７４０３１号公報 特開２００３−３４３３１８号公報 特開平７−１５１００２号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、触媒の下流側の排気特性の悪化を好適に抑制しつつ、触媒の暖機を早期に行うことができる触媒の暖機制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。

手段１は、内燃機関の排気系に設けられる触媒を排気の熱を利用して暖機する第１の暖機手段と、前記触媒を該触媒の反応熱を利用して暖機する第２の暖機手段と、前記触媒が前記排気を浄化することが可能か否かを判断する判断手段とを備え、前記可能でないと判断されるときに前記第１の暖機手段により前記触媒を暖機し、前記可能であると判断された後に前記第２の暖機手段による前記触媒の暖機を開始することを特徴とする。

上記構成では、排気の浄化が可能でないときには、第１の暖機手段によって触媒を好適に暖機することができる。そして、排気の浄化が可能であると判断された後には、第２の暖機手段によって触媒が暖機される。このため、第２の暖機手段による暖機により、未反応の炭化水素や一酸化炭素が触媒の下流に排出されることを好適に抑制することができるとともに、所定の温度に達した触媒の温度を反応熱によって更に上昇させることができる。したがって、上記構成では、触媒の下流側の排気特性の悪化を好適に抑制しつつ、触媒の暖機を早期に行うことができる。

なお、「前記可能であると判断された後」には、可能であると判断されるときを含むこととする。

また、上記手段１は、手段２によるように、前記判断手段は、前記触媒が前記排気を浄化することが可能か否かの判断として、前記触媒が前記排気の浄化を開始するときの判断を行うことを特徴とするようにしてもよい。これにより、触媒の暖機をいっそう早期に行うことができる。

手段３は、手段１又は２において、前記第１の暖機手段は、空燃比を理論空燃比よりもリーンとする操作、前記内燃機関の点火時期の遅角操作、及び前記内燃機関の回転速度を上昇させる操作の少なくとも１つを行うものであることを特徴とする。

ここで、空燃比を理論空燃比よりもリーンとする操作は、リーンとすることによる燃焼速度の低下に起因して燃焼の終了が排気行程側に移行することにより排気温度を上昇させることを狙ったものである。また、内燃機関の点火時期の遅角操作は、点火時期の遅角による燃焼速度の低下に起因して燃焼の終了が排気行程側に移行することにより排気温度を上昇させることを狙ったものである。また、内燃機関の回転速度を上昇させる操作は、単位時間あたりの排気流量を上昇させることにより、触媒に供給される単位時間あたりの熱量を上昇させることを狙ったものである。

手段４は、手段１〜３のいずれかにおいて、前記第２の暖機手段は、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作、及び排気系における前記触媒の上流側に２次空気を供給する操作の少なくとも一方を行うものであることを特徴とする。

ここで、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作は、リッチ燃焼により発生する一酸化炭素とリーン燃焼により発生する酸素とにより触媒で酸化反応熱を発生させることを狙ったものである。また、排気系における触媒の上流側に２次空気を供給する操作は、排気中の一酸化炭素と２次空気とにより触媒で酸化反応熱を発生させることを狙ったものである。

手段５は、手段１又は２において、前記第１の暖機手段は、前記内燃機関の点火時期の遅角操作を行うものであり、前記第２の暖機手段は、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作を行うものであり、前記第２の暖機手段による前記触媒の暖機の開始に際し、前記第１の暖機手段による点火時期の遅角操作量を減少させる。

ここで、内燃機関の点火時期の遅角操作は、点火時期の遅角による燃焼速度の低下に起因して燃焼の終了が排気行程側に移行することにより排気温度を上昇させることを狙ったものである。この点火時期の遅角操作は、空燃比をリーンとする場合と比較して、排気の温度をより好適に上昇させることができる。

一方、空燃比を理論空燃比に対するリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作は、リッチ燃焼により発生する一酸化炭素とリーン燃焼により発生する酸素とにより触媒で酸化反応熱を発生させることを狙ったものである。この強制的な振動操作は、２次空気を利用する場合と比較して、部品点数を増加させることなく、通常の内燃機関の出力制御にかかる操作要素について、その操作態様を変更することで行うことができる。

ところで、点火時期を遅角させると、燃焼が不安定化しやすくなる。また、空燃比を理論空燃比よりもリーンとすることによっても燃焼が不安定化しやすくなる。このため、点火時期を遅角させた状態で空燃比を上記態様にて強制的に振動させると、空燃比がリーンとなることで燃焼が不安定となり、内燃機関の回転速度の変動が大きくなったり、排気特性が悪化したりするおそれがある。

この点、上記構成では、第２の暖機手段による触媒の暖機の開始に際し、第１の暖機手段による点火時期の遅角操作量を減少させることで、燃焼の不安定化を好適に抑制しつつ触媒の暖機制御を行うことができる。

手段６は、手段５において、前記第１の暖機手段による暖機制御は、前記内燃機関のアイドル運転時、目標とする排気流量を増加させつつ、前記内燃機関の回転速度を目標とする回転速度にフィードバック制御するための操作量として点火時期の遅角量を用いることで前記点火時期の遅角操作を行うことを特徴とする。

ここで、上記構成では、第１の暖機手段が目標とする排気流量を増加させるために、吸入空気量が増加する。そして、この吸入空気量の増加による回転速度の変動を抑えるべく、点火時期が遅角操作されることとなる。このため、点火時期の遅角による排気の温度上昇に加えて、排気流量を増加させることで、触媒に与える熱量を好適に増加させることができ、ひいては触媒をいっそう早期に暖機することができる。

手段７は、手段１〜６のいずれかにおいて、前記第２の暖機手段は、前記触媒の温度に応じて前記暖機のための操作の態様を可変設定することを特徴とする。

触媒による排気の浄化が開始されたとしても、触媒による排気の浄化能力には限界がある。そして、この浄化能力は、排気の浄化が開始されてからある温度に到達するまでは、触媒の温度が上昇すればするほど高くなる。

この点、上記構成では、触媒の温度に応じて暖機のための操作の態様を可変設定することで、触媒の浄化能力に応じて触媒に一酸化炭素等を排出することができる。このため、触媒の浄化能力を超えて一酸化炭素等が触媒に排出されることを回避できるため、触媒下流の排気特性の悪化を好適に抑制することができる。そして、触媒の浄化能力が向上するにつれて触媒に排出する一酸化炭素等を増加させることで、反応熱量を適切に上昇させることができ、ひいては、触媒の暖機を早期に行うことができる。

手段８は、手段１〜７のいずれかにおいて、前記判断手段は、前記触媒の上流の酸素濃度と該触媒の下流の酸素濃度との差、前記排気の温度と該排気の流量との積算値を用いた前記触媒の温度の推定値、及び前記触媒の温度の実測値の少なくとも１つに基づき前記判断を行うことを特徴とする。

上記構成では、触媒が排気の浄化を開始する所定の温度以上であるか否かを適切に判断することができる。

以下、本発明にかかる触媒の暖機制御装置の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１に、触媒の暖機制御装置及びその操作対象の構成を示す。

図１に示す内燃機関１０において、吸気通路１２の上流側には吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１４が設けられている。エアフロメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１６によって開度調節されるスロットルバルブ１８が設けられている。スロットルバルブ１８の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１６に内蔵されたスロットル開度センサ２０により検出されるようになっている。スロットルバルブ１８の下流側にはサージタンク２２が設けられている。また、サージタンク２２下流には、燃料を噴射供給するインジェクタ２４が取り付けられている。

吸気通路１２に吸入された空気とインジェクタ２４から噴射された燃料との混合気は、吸気バルブ２６の開動作により、内燃機関１０の燃焼室２８に供給される。そして、燃焼室２８に供給された混合気は、点火プラグ３０によって点火され、燃焼に供されることとなる。

燃焼室２８で燃焼に供された混合気（排気）は、排気バルブ３２の開動作により排気通路３４に排出される。排気通路３４には、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化するための三元触媒等の触媒３６が設けられ、この触媒３６の上流側には排気を検出対象として混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ３８が設けられている。空燃比センサ３８は、例えば限界電流式のリニアＡ／Ｆセンサよりなり、排気中の酸素濃度又は未燃成分に応じて空燃比検出信号（素子電流信号）を出力する。

また、内燃機関１０には、冷却水温を検出する冷却水温センサ４０や、内燃機関１０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ４２が取り付けられている。

なお、吸気通路１２内の負圧（大気圧よりも低い圧力）は、内燃機関１０の搭載される車両を制動させる旨のブレーキ５０の操作がユーザによりなされるときに、ブレーキアクチュエータに導入される。この吸気通路１２内の負圧を利用することで、ブレーキアクチュエータは車両の制動を円滑に行う。

上述したセンサ等、各種センサの出力は、内燃機関１０の各箇所を操作する電子制御装置６０に入力される。電子制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、内燃機関１０の運転状態に応じて内燃機関１０の各箇所を操作する。

ここで、本実施形態にかかる触媒３６の暖機制御について説明する。

図２に、触媒３６の温度と触媒３６の浄化能力との関係を示す。図示されるように、触媒３６の温度がＴ１未満であるときには、触媒３６が排気を浄化する能力が極めて低い。そして、触媒３６の温度がＴ１以上となると、温度が高ければ高いほど浄化能力が高くなる。ただし、触媒３６の浄化能力は、触媒３６の温度がＴ２以上であるときには略一定となっており、このとき触媒３６は、完全に活性化された状態となる。

そこで、本実施形態では、触媒３６の温度がＴ１未満であるときには、点火時期を遅角させるように点火プラグ３０を操作することで排気の温度を上昇させ、この排気の熱を利用して触媒３６の暖機制御を行う。そして、触媒３６の温度が、触媒３６が排気の浄化を開始する温度であるＴ１に達すると、内燃機関１０の燃焼室２８に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に対してリーン状態とリッチ状態との間で強制的に振動させる操作を行う。そしてこれにより、リーン燃焼によって発生する一酸化炭素とリッチ燃焼によって発生する酸素との酸化反応熱を触媒３６で発生させることで、触媒３６を暖機制御する。ちなみに、これら暖機制御は、触媒３６の温度が、触媒３６が完全に活性化する温度であるＴ２となるまで行われる。

図３に、本実施形態にかかる触媒３６の温度の推定にかかる処理の手順を示す。この処理は、電子制御装置６０により例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理においては、まずステップＳ２において、冷却水温センサ４０によって検出される冷却水の温度に基づき、触媒３６の温度の初期値を推定する。すなわち、内燃機関１０の始動時には、触媒３６の温度と冷却水の温度とが相関を有する傾向にあることに基づき、触媒３６の温度を推定する。

続くステップＳ４においては、点火時期と、空燃比とに基づき排気温度を推定する。ここで、点火時期が遅角されると、燃焼速度の低下に起因して燃焼の終了が排気行程側に移行するため、排気温度が上昇する。また、空燃比を理論空燃比よりもリーンとすると、リーンとすることによる燃焼速度の低下に起因して燃焼の終了が排気行程側に移行するため、排気温度が上昇する。ステップＳ４では、こうした性質を利用することで、排気温度を推定する。

続くステップＳ６では、触媒３６の温度を推定する。この推定は、触媒３６の温度の上昇が、触媒３６に吸収される熱量によって決まること、またこの熱量は排気温度と排気流量との積算値と相関を有することに基づいて行う。具体的には、ステップＳ６では、触媒３６の温度の上昇量が、単位時間あたりの排気流量と排気温度の積算値（積分値）に比例するものとして、同積算値に基づき触媒３６の温度を推定する。ちなみに、ここで排気流量や排気温度は、都度取り込まれる最新の値とする。換言すれば、これら排気流量や排気温度は時間に応じて変化する関数となっている。

こうしてステップＳ６までの処理が完了すると、この一連の処理を一旦終了する。

図４（ａ）に、上記点火時期の遅角操作にかかる処理手順を示す。この処理は、電子制御装置６０により例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、遅角操作の実行条件が成立しているか否かを判断する。この条件は、以下の全ての条件の論理積条件が成立するときに成立すると判断される。
（ａ）触媒３６の温度が、触媒３６が完全に活性化される温度であるＴ２よりも低いこと。
（ｂ）冷却水温センサ４０によって検出される温度が所定の温度（例えば「０℃」）以上であること。これは、点火時期の遅角操作を行うと燃焼が不安定化するため、内燃機関１０の温度が低いときには遅角操作を行うことが好ましくないことによる。
（ｃ）内燃機関１０のアイドル運転状態であること。
（ｄ）ブレーキアクチュエータへ供給する負圧を確保することができる状態であること。すなわち、点火時期の遅角制御を行うとトルクが低下する。一方、アイドル回転制御により内燃機関１０の回転速度が一定に制御されているときには、点火時期の遅角制御によるトルクの低下分は、アイドル回転制御により、吸入空気量の増量によって補償されるようになり、結果として吸気通路１２の負圧が減少することとなる。このため、こうした状況にあってもブレーキアクチュエータによって要求される負圧を確保することができるときにのみ点火時期の遅角操作を許可する。

ちなみに、この条件にあるか否かは、内燃機関１０の回転速度や、吸気通路１２に吸入される空気量に基づき判断するようにしてもよい。
（ｅ）車速が所定の車速以下であるとき。これは、車速が大きいほど制動するのに要する力が大きくなる一方で、点火時期遅角操作によってブレーキアクチュエータで用いられる負圧が減少するために設けられる条件である。

これら（ａ）〜（ｅ）の条件の論理積が満たされると、ステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２〜Ｓ１６の処理は、排気流量を増加させるための処理である。すなわち、本実施形態では、点火時期の遅角操作を行うのみならず、単位時間あたりの排気の流量を増加させることで、触媒３６を早期に暖機する。すなわち、本実施形態にかかる上記遅角操作は、排気流量を増加させつつも、アイドル回転制御により内燃機関１０の回転速度を一定に制御すべく、点火時期を操作量とすることで行われる。

具体的には、ステップＳ１２では、触媒３６の温度（触媒温度Ｔｃａｔ）に基づき、目標とする排気流量（目標排気流量Ｇａｔａｒｇｅｔ）を算出する。ここでは、図４（ｂ）に示すテーブル１を用いて、目標排気流量をマップ演算する。このテーブル１は、触媒３６の温度が「０℃」、「１００℃」、「２００℃」、「３００℃」、「４００℃」の５つの値となるところをマップ点として、そのときの目標排気流量をマップ値としている。

続くステップＳ１４では、目標回転速度と目標排気流量とに基づき、スロットルバルブ１８の目標とする開度を算出する。ここで、目標回転速度は、内燃機関１０の始動時に行われるアイドル回転制御によって設定されている回転速度である。そして、排気流量は、内燃機関１０の回転速度と吸入空気量によって定まるため、吸入空気量は、内燃機関１０の回転速度と排気流量とによって定めることができる。そこで、ステップＳ１４では、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１８の開度を、目標回転速度と目標排気流量とによって算出する。

続くステップＳ１６では、ステップＳ１４で算出されたスロットルバルブ１８の開度とすべく、スロットルアクチュエータ１６を操作する。

続くステップＳ１８では、内燃機関１０の実際の回転速度（実回転速度）を目標回転速度にフィードバック制御すべく、点火時期を操作する。上述したように、目標回転速度がアイドル回転制御により固定されるときに、排気流量（吸入空気量）が増加されるとトルクを低下させるべく、点火時期の遅角操作や、空燃比のリーン化の操作等を行うことが考えられる。そして、本実施形態では、点火時期を操作量とすることで、実回転速度を目標回転速度に制御する。これは、空燃比のリーン化と点火時期の遅角操作の双方とも排気の温度を上昇させるとはいえ、点火時期の遅角操作の方が空燃比のリーン化よりも排気の温度の上昇を効果的に行うことができるためである。

なお、ステップＳ１８の処理が完了するときや、上記ステップＳ１０において点火時期遅角操作の実行条件が成立していないと判断されるときには、この一連の処理を一旦終了する。

図５（ａ）に、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作による触媒３６の暖機制御にかかる処理の手順を示す。この処理は、電子制御装置６０により例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理においては、触媒３６の温度が、触媒３６が完全に活性化する温度であるＴ２以下であるとき（ステップＳ２０；ＹＥＳ）、触媒３６の温度に基づき、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作の振幅ｗ１（％）を算出する（ステップＳ２２）。この振幅ｗ１は、図６に示すように、理論空燃比「１４．７」に対するリッチ化及びリーン化の度合いを示すものであり、目標とする空燃比を「（１＋ｗ１／１００）×１４．７」と「（１−ｗ１／１００）×１４．７」との間で強制的に振動させるためのものである。ちなみに、本実施形態では、隣接する燃料噴射操作間で、リーンな状態とリッチな状態とが現れるように、各燃料噴射操作に際して交互にリーンな状態とリッチな状態とで振動させている。

この振幅ｗ１は、図５（ｂ）に示すテーブル２を用いて算出される。このテーブル２は、触媒３６の温度が「０℃」、「１００℃」、「２００℃」、「３００℃」、「４００℃」の５つの値となるところをマップ点として、そのときの振幅ｗ１をマップ値としている。

ここで、テーブル２は、触媒３６の温度が「２００℃」となるまでは、振幅ｗ１を「０」としている。これは、本実施形態では、触媒３６が排気の浄化を開始する温度である上記Ｔ１を例示的に「２００℃」としているためである。すなわち、触媒３６の温度がＴ１未満であるときには、上記強制的に振動させる操作を行わない。

また、テーブル２は、触媒３６の温度がＴ１以上であるときには、触媒３６の温度が高いほど振幅ｗ１を大きくしている。これは、先の図２に示したように、触媒３６の浄化能力は、その温度が上記Ｔ２以下であるときには、同温度が高いほど高くなることによる。すなわち、触媒３６における反応熱を利用して触媒３６の暖機制御を行う場合、反応熱量が多いほど触媒３６をより早期に暖機することができる。しかし、触媒３６における浄化能力を超えて触媒３６に一酸化炭素等が排出されると、触媒３６によってこれらが浄化されず、反応熱量の増加に寄与しないばかりか、触媒３６の下流の排気特性の悪化を招くことともなりかねない。そこで、触媒３６の浄化能力に見合った量の一酸化炭素等が排出されるように、触媒３６の温度の上昇に応じて振幅ｗ１を大きくすることで、排気特性の悪化を回避しつつも触媒３６における反応熱量を極力多くするようにしている。

なお、触媒３６の温度が「２００℃」以上であって且つテーブル２のマップ点と一致しないときには、マップ値を補間して振幅ｗ１を算出するようにしてもよい。ただし、触媒３６の温度が「１００℃」以上であって且つ「２００℃」未満であるときには、振幅ｗ１は、「１００℃」のときと同一の値、すなわち「０」とする。

ちなみに、この強制的な振動操作を開始する触媒３６の温度がＴ１以上となるときには、先の図４（ｂ）のテーブル１に示したように、目標排気流量を低下させている。そして、これにより、触媒３６の温度がＴ１以上となるときには、点火時期の遅角量が減少操作されるようにする。これは、次の理由による。

すなわち、点火時期を遅角させると、燃焼が不安定化しやすくなる。また、空燃比を理論空燃比よりもリーンとすることによっても燃焼が不安定化しやすくなる。このため、点火時期を遅角させた状態で空燃比を上記態様にて強制的に振動させると、空燃比がリーンとされることにより燃焼が不安定となり、内燃機関１０の回転速度の変動が大きくなったり、排気特性が悪化したりするおそれがある。こうした理由により、本実施形態では、強制的な振動操作の開始に際し、点火時期の遅角操作量を低減させることで、燃焼の不安定化を好適に抑制しつつ触媒３６の暖機制御を行うようにする。

なお、触媒３６の温度が「２００℃」以上であるときの図５（ｂ）のテーブル２を用いた振幅ｗ１の補間態様は、図４（ｂ）のテーブル１を用いた目標排気流量の算出時の補間態様と対応させるようにして設定することが望ましい。これにより、例えば振幅が大きくなるほど遅角量の減少量を増加させる等して、燃焼の不安定化の抑制を図ることができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）触媒３６の温度がＴ１未満であるときには、点火時期遅角操作を行い、触媒３６の温度がＴ１に達すると、空燃比をリーン状態とリッチ状態との間で強制的に振動させる操作を行った。これにより、触媒３６が排気を浄化できないときには排気温度によって触媒３６を暖機することができるとともに、触媒３６が排気を浄化することができる温度となると、触媒３６での反応熱により触媒３６を更に暖機することができる。これにより、強制的な振動操作により未反応の炭化水素や一酸化炭素が触媒３６の下流に排出されることを好適に抑制することができるとともに、Ｔ１に達した触媒３６の温度を反応熱によって更に上昇させることができる。したがって、触媒３６の下流側の排気特性の悪化を好適に抑制しつつ、触媒３６の暖機を早期に行うことができる。

（２）反応熱を利用して触媒３６の暖機を行う手法として、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる手法を採用した。これにより、例えば２次空気を導入する場合等と比較して、部品点数の増加を招くことなく、電子制御装置６０で行われる制御態様の変更のみによって、反応熱を利用した触媒３６の暖機を行うことができる。

（３）排気の熱によって触媒３６の暖機を行う手法として、点火時期の遅角操作を採用した。これにより、例えば空燃比をリーン化する場合等と比較して、排気の温度をより好適に上昇させることができる。

（４）点火時期の遅角操作を、アイドル回転制御時における目標排気流量（目標吸入空気量）を増量させることで行った。これにより、点火時期の遅角操作による排気の温度上昇に加えて、排気流量が増加するため、触媒３６に与える排気の熱量をいっそう大きくすることができ、ひいては、触媒３６をいっそう早期に暖機させることができる。

（５）強制的な振動操作の開始に際し、点火時期の遅角操作量を減少させた。これにより、点火時期が遅角操作された状態で空燃比がリーン化することによる燃焼の不安定化を好適に抑制しつつ触媒３６の暖機制御を行うことができる。

（６）触媒３６の温度が高いほど、強制的な振動操作にかかる振幅ｗ１を増加させた。これにより、触媒３６の浄化能力が向上するにつれて触媒３６に排出される一酸化炭素等が増加するため、反応熱量を適切に上昇させることができ、ひいては、触媒３６の暖機を迅速に行うことができる。

（７）排気の温度と該排気の流量との積算値を用いて、触媒３６の温度を推定した。これにより、触媒３６の温度を検出するセンサを用いることなく、触媒３６の温度を適切に検出することができる。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・空燃比をリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、２回の燃料噴射を一組にして、隣接する組毎に交互にリーンな状態とリッチな状態とを繰り返すようにしてもよい。

・本実施形態では、触媒３６が排気の浄化を開始する所定の温度Ｔ１未満と判断されるときの点火時期の遅角操作を、アイドル回転制御にかかる目標回転速度を固定した状態で排気流量を増加させる操作として行ったがこれに限らない。要は、点火時期を遅角させることで、排気の温度を上昇させるものであればよい。

・触媒３６の温度の推定手法としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、触媒３６の熱が外気に放熱される放熱量の外気温への依存性等を考慮してもよい。

・排気の熱を利用して触媒３６を暖機する第１の暖機手段としては、点火時期の遅角操作を行うものに限らない。例えば空燃比をリーンとする操作を行うものであっても、先の実施形態の上記（１）や（２）等の効果を得ることはできる。また、例えば目標回転速度を上昇させる操作であってもよい。更に、例えば筒内噴射式の内燃機関にあっては、膨張行程で燃料噴射を行うようにしてもよい。

・触媒３６の反応熱を利用して触媒３６を暖機する第２の暖機手段としては、上記強制的な振動操作を行うものに限らず、２次空気を利用するものであっても、先の実施形態の上記（１）や（３）等の効果を得ることはできる。

・第２の暖機手段による暖機の操作の態様を、触媒３６の温度に応じて可変設定しなくても、先の実施形態の上記（１）〜（３）等の効果を得ることはできる。

・触媒３６が排気を浄化することが可能か否かを判断する判断手段としては、触媒３６の温度の推定値に基づき排気の浄化を開始する所定の温度以上であるか否かの判断を行うものに限らない。例えば、触媒３６の温度の実測値に基づき排気を浄化することが可能か否かの判断を行ってもよい。また、触媒３６の上流の酸素濃度と下流の酸素濃度との差に基づき、排気を浄化することが可能か否かの判断を行ってもよい。この場合、触媒３６が排気の浄化を開始する所定の温度以上となると、触媒３６の上流の酸素濃度と下流の酸素濃度とが同期しなくなることを利用して上記判断を行う。なお、この際、判断手段は、触媒３６が排気の浄化を開始するときの判断を行うようにすることが望ましい。そして、このとき、上記第２の暖機手段による暖機を開始するタイミングは、触媒３６が排気の浄化を開始した後（開始時を含む）であればよいが、触媒３６が排気の浄化を開始するときとしてもよい。

本発明にかかる触媒の暖機制御装置の一実施形態の構成を示す図。 触媒の温度と触媒の浄化能力との関係を示す図。 上記実施形態にかかる触媒の温度の推定の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態の点火時期の遅角操作の処理手順を示すフローチャート。 同実施形態における空燃比の強制的な振動操作にかかる処理手順を示すフローチャート。 上記強制振動の設定態様を説明するタイムチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１２…吸気通路、２４…インジェクタ、２８…燃焼室、３０…点火プラグ、３４…排気通路、６０…電子制御装置。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気系に設けられる触媒を排気の熱を利用して暖機する第１の暖機手段と、
   前記触媒を該触媒の反応熱を利用して暖機する第２の暖機手段と、
   前記触媒が前記排気を浄化することが可能か否かを判断する判断手段とを備え、
   前記可能でないと判断されるときに前記第１の暖機手段により前記触媒を暖機し、前記可能であると判断された後に前記第２の暖機手段による前記触媒の暖機を開始することを特徴とする触媒の暖機制御装置。
2. 前記判断手段は、前記触媒が前記排気を浄化することが可能か否かの判断として、前記触媒が前記排気の浄化を開始するときの判断を行う請求項１記載の触媒の暖機制御装置。
3. 前記第１の暖機手段は、空燃比を理論空燃比よりもリーンとする操作、前記内燃機関の点火時期の遅角操作、及び前記内燃機関の回転速度を上昇させる操作の少なくとも１つを行うものである請求項１又は２記載の触媒の暖機制御装置。
4. 前記第２の暖機手段は、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作、及び排気系における前記触媒の上流側に２次空気を供給する操作の少なくとも一方を行うものである請求項１〜３のいずれかに記載の触媒の暖機制御装置。
5. 前記第１の暖機手段は、前記内燃機関の点火時期の遅角操作を行うものであり、前記第２の暖機手段は、空燃比を理論空燃比に対してリーンな状態とリッチな状態との間で強制的に振動させる操作を行うものであり、
   前記第２の暖機手段による前記触媒の暖機の開始に際し、前記第１の暖機手段による点火時期の遅角操作量を減少させる請求項１又は２記載の触媒の暖機制御装置。
6. 前記第１の暖機手段による暖機制御は、前記内燃機関のアイドル運転時、目標とする排気流量を増加させつつ、前記内燃機関の回転速度を目標とする回転速度にフィードバック制御するための操作量として点火時期の遅角量を用いることで前記点火時期の遅角操作を行う請求項５記載の触媒の暖機制御装置。
7. 前記第２の暖機手段は、前記触媒の温度に応じて前記暖機のための操作の態様を可変設定する請求項１〜６のいずれかに記載の触媒の暖機制御装置。
8. 前記判断手段は、前記触媒の上流の酸素濃度と該触媒の下流の酸素濃度との差、前記排気の温度と該排気の流量との積算値を用いた前記触媒の温度の推定値、及び前記触媒の温度の実測値の少なくとも１つに基づき前記判断を行う請求項１〜７のいずれかに記載の触媒の暖機制御装置。

Images