JP2008240704A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の冷態始動時のＨＣ排出量を低減する。
【解決手段】エンジン１１の排気管２２に、六角セル型のＨＣ吸着触媒２３を設置する。冷態始動時には、始動性（燃焼安定性）やドライバビリティを確保するために空燃比がリッチに制御されるため、このリッチ期間中にエンジン１１から排出されるＨＣは、低級ＨＣ（炭素数の小さい炭化水素）の比率が高くなる。そこで、点火時期を進角するほど、排出ガス中の低級ＨＣ濃度が少なくなるという特性に着眼して、冷態始動時に空燃比がリッチに制御される期間に、ＨＣ吸着触媒２３に吸着されにくい排出ガス中の低級ＨＣを低減させるための点火時期進角制御を実行し、その後、空燃比が判定値よりもリーンになった時点で、触媒早期暖機制御を開始して、空燃比を弱リーンに制御し且つ点火時期を遅角側に制御して、ＨＣ吸着触媒２３を早期に暖機する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の冷態（冷間）始動後に排出ガス浄化用の触媒を早期に暖機する触媒早期暖機制御を実行する内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、内燃機関を搭載した車両は、内燃機関の排出ガスを浄化するために三元触媒等の触媒が設けられているが、内燃機関の冷態始動後に触媒が活性温度に暖機されるまでは触媒の排出ガス浄化率が低いため、内燃機関の冷態始動後に触媒が活性温度に暖機されるまで触媒早期暖機制御を実行して触媒を短時間で暖機するようにしている。

従来の触媒早期暖機制御は、例えば、特許文献１（特許第３８５８６２２号公報）に記載されているように、点火時期を遅角させることで、内燃機関から排出される排出ガスの温度を上昇させて触媒の昇温を促進させるようにしたものがある。

また、特許文献２（特開平９−８８５６４号公報）に記載されているように、触媒早期暖機制御中に空燃比をリッチとリーンに交互に変化させるディザ制御を行うことで、内燃機関からＨＣ，ＣＯの濃度が高いリッチガスとＯ₂ 濃度が高いリーンガスとを交互に排出して、触媒内でリッチガスとリーンガスを混合させてリッチ成分の酸化反応を発生させ、その反応熱で触媒を内部から効率良く暖機するようにしたものがある。

或は、特許文献３（特開２００６−２２００２０号公報）に記載されているように、冷態始動後に、第１段階の暖機制御として、点火時期の遅角等による排出ガス温度の昇温制御を実施して触媒を半暖機状態（触媒内でリッチ成分の酸化反応が発生可能な温度）まで昇温し、その後、第２段階の暖機制御として、ディザ制御を実施して触媒内でリッチ成分の酸化反応を発生させて、その反応熱で触媒を触媒を完全暖機状態になるまで昇温するようにしたものがある。
特許第３８５８６２２号公報（第１頁〜第３頁等） 特開平９−８８５６４号公報（第１頁等） 特開２００６−２２００２０号公報（第１頁等）

ところで、上記特許文献１〜３に記載された触媒早期暖機制御は、いずれも触媒の暖機に要する時間を短縮することで、触媒の暖機が完了するまでのＨＣ排出量を低減しようとするものであるが、これらの触媒早期暖機制御は、冷態始動時に最初から実行されるものではなく、冷態始動後に所定の触媒早期暖機制御実行条件が成立するまでは触媒早期暖機制御が実行されない。冷態始動時には始動性（燃焼安定性）やドライバビリティを確保するために混合気の空燃比がリッチに制御されるため、触媒早期暖機制御が開始される前に多量のＨＣが排出されることを有効に防ぐことができず、これが冷態始動時のＨＣ排出量を増加させる大きな原因となっている。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、内燃機関の冷態始動時のＨＣ排出量を低減することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明者の実験・研究結果によれば、内燃機関の冷態始動時に排出されるＨＣは、混合気の空燃比がリッチになるほど、低級ＨＣ（炭素数の小さい炭化水素）の比率が高くなり（図２参照）、また、点火時期を進角するほど、排出ガス中の低級ＨＣ濃度が少なくなることが判明した（図３参照）。

このような特性に着目して、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に設置した排出ガス浄化用の触媒と、内燃機関の冷態始動後に所定の触媒早期暖機制御実行条件が成立した時に触媒早期暖機制御を実行する触媒早期暖機制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、内燃機関の冷態始動の開始から触媒早期暖機制御を開始するまでの期間に点火時期をアイドル運転時の点火時期よりも進角させる点火時期進角制御を実行する点火時期制御手段を備えた構成としたものである。

本発明のように、冷態始動の開始から触媒早期暖機制御を開始するまでの期間に点火時期を進角させると、排出ガス中の低級ＨＣ濃度を低下させることができる。冷態始動時のリッチ期間中に内燃機関から排出されるＨＣは、低級ＨＣの比率が高いため（図２参照）、このリッチ期間中に点火時期を進角させて排出ガス中の低級ＨＣ濃度を低下させれば、冷態始動時のＨＣ排出量を従来よりも低減することができる。

この場合、請求項２のように、内燃機関の冷態始動の開始から空燃比検出手段の検出空燃比が判定値よりもリッチとなっている期間に、点火時期を進角させて排出ガス中の低級ＨＣを低減させる点火時期進角制御を実行し、該空燃比検出手段の検出空燃比が前記判定値よりもリーンとなった時点で、触媒早期暖機制御を開始するようにしても良い。このようにすれば、冷態始動時に始動性（燃焼安定性）やドライバビリティを確保するために混合気の空燃比をリッチに制御しながら、空燃比のリッチ化による低級ＨＣの増加を点火時期進角制御により抑制することができ、冷態始動時の始動性・ドライバビリティの確保とＨＣ排出量低減とを両立させることができる。

或は、請求項３のように、内燃機関の冷態始動の開始から機関回転速度検出手段の検出回転速度が内燃機関の回転安定性を確保できる目標回転速度に上昇するまでの期間に、点火時期を進角させて低級ＨＣを低減させる点火時期進角制御を実行し、該機関回転速度検出手段の検出回転速度が前記目標回転速度を越えた時点で、触媒早期暖機制御を開始するようにしても良い。このようにすれば、冷態始動の開始から内燃機関の回転速度が回転安定性（始動性）を確保できる目標回転速度に上昇するまでの期間に混合気の空燃比をリッチに制御して始動性を確保しながら、空燃比のリッチ化による低級ＨＣの増加を点火時期進角制御により抑制できると共に、触媒早期暖機制御を上記請求項２の場合よりも早期に開始することが可能となり、それによって、冷態始動の開始から触媒の暖機完了までの時間を短くすることができて、冷態始動時のＨＣ排出量を低減することができる。

また、請求項４のように、触媒の温度又はそれに相関する情報（以下これらを「触媒温度情報」と総称する）を推定又は検出する触媒温度情報判定手段を備え、内燃機関の冷態始動の開始から前記触媒温度情報判定手段で推定又は検出した触媒温度情報が所定温度相当値に上昇するまでの期間に、点火時期を進角させて低級ＨＣを低減させる点火時期進角制御を実行し、該触媒温度情報が前記所定温度相当値を越えた時点で、触媒早期暖機制御を開始するようにしても良い。このようにすれば、冷態始動の開始から触媒の温度が所定温度に上昇するまでの期間に混合気の空燃比をリッチに制御して始動性やドライバビリティを確保しながら、空燃比のリッチ化による低級ＨＣの増加を点火時期進角制御により抑制することができ、冷態始動時のＨＣ排出量を低減することができる。尚、「触媒温度情報」としては、触媒温度の他に、例えば、始動後の排気熱量積算値、始動後の燃料噴射量積算値、始動後の吸入空気量積算値、始動後経過時間等を用いても良い。

本発明は、点火時期進角制御を簡単にするために、点火時期進角制御実行時の点火時期を一定の点火時期に固定しても良いが、請求項５のように、点火時期進角制御実行時の点火時期を空燃比検出手段の検出空燃比のリッチ度合に応じて変化させるようにしても良い。このようにすれば、空燃比のリッチ度合に応じて、低級ＨＣ濃度を所定濃度以下に低減するのに必要な点火時期の進角補正量が変化するのに対応して、点火時期の進角補正量を適正に変化させることができる。

また、内燃機関の内部ＥＧＲ量（排気残留割合）が増加するほど混合気の燃焼速度が遅くなることを考慮して、請求項６のように、点火時期進角制御実行時の点火時期を内部ＥＧＲ量判定手段で判定した内部ＥＧＲ量に応じて変化させるようにしても良い。このようにすれば、内部ＥＧＲ量に応じて燃焼速度が変化するのに対応して、点火時期の進角補正量を適正に変化させることができ、冷態始動時の始動性（燃焼安定性）やドライバビリティを向上させることができる。

本発明は、請求項７のように、点火時期進角制御実行時の点火時期を最適点火時期を越えない範囲で進角させるようにすると良い（つまり、点火時期の進角を最適点火時期で制限するようにすると良い）。これは、点火時期が最適点火時期を越えて進角すると、燃費が悪化したり、ノッキングが発生する可能性があるためである。

また、請求項８のように、触媒早期暖機制御中に空燃比を弱リーンに制御し且つ点火時期を遅角側に制御するようにしても良い。このようにすれば、触媒早期暖機制御中に点火時期の遅角制御により排出ガスの温度を上昇させて触媒の昇温を促進させながら、弱リーン制御により排出ガス中のＨＣを少なくし且つ酸素等のリーン成分濃度を増加させて触媒内でＨＣの酸化反応を促進させることができ、触媒早期暖機制御中のＨＣ排出量を効率良く低減することができる。

その他、本発明は、触媒早期暖機制御をどの様な方法で行っても良く、例えば、ディザ制御、点火時期遅角制御、リーン制御、内燃機関の回転速度を上昇させる制御、排気通路に二次空気を導入してリッチ成分の後燃え（酸化反応）を発生させる制御のいずれか１つ又は２つ以上を組み合わせて実施しても良い。

以上説明した請求項１〜８に係る発明は、例えば、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵型触媒のいずれを用いた排気浄化システムにも適用できるが、請求項９のように、排出ガス中のＨＣ成分を吸着するＨＣ吸着触媒を用いた排気浄化システムに適用すれば、より大きなＨＣ排出量低減効果が得られる。ＨＣ吸着触媒にコーティングされたＨＣ吸着材層（無数の微細孔を有する網目構造のゼオライト層）のＨＣ吸着特性は、炭素数の大きい高級ＨＣは、微細孔に引っ掛かって吸着されるが、炭素数の小さい低級ＨＣは、微細孔をすり抜けて吸着されにくいという特性がある。本発明は、冷態始動時にＨＣ吸着触媒に吸着されにくい低級ＨＣを点火時期進角制御により低減させることができるため、ＨＣ吸着触媒を用いた排気浄化システムに本発明を適用すれば、冷態始動時のＨＣ排出量を効率良く低減することができる。

この場合、ＨＣ吸着触媒は、四角セル型のＨＣ吸着触媒を用いても良いが、請求項１０のように、六角セル基材の表面にＨＣ吸着材層と触媒成分層をコーティングした六角セル型のＨＣ吸着触媒を用いれば、より大きなＨＣ排出量低減効果が得られる。六角セル基材のＨＣ吸着触媒は、排出ガスが流れる各セル間の隔壁の厚みが均一であるため、機械的強度を確保しながら各セルの流路断面積を効率良く確保できるという利点があり、しかも、セル形状が円形に近いため、四角形のセル構造と比べて、セル内周面のＨＣ吸着材層と触媒成分層の厚みのばらつきが少なく、低コート量・低熱容量でＨＣ吸着能力とＨＣ酸化能力を高めることができるという利点もある。

具体的には、請求項１１のように、六角セル型のＨＣ吸着触媒は、四角セル型のＨＣ吸着触媒と比べて、単位表面積当たりのセル基材とＨＣ吸着材層との合計重量が小さくなるように構成したものを使用すると良い。このような六角セル型のＨＣ吸着触媒は、四角セル型のものと同等のＨＣ吸着能力を確保するのに必要な容量を、四角セル型のものよりも低熱容量化することが可能となり、ＨＣ吸着触媒の低熱容量化によって触媒暖機時間を短縮することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した４つの実施例１〜４を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図７に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１０によって開度調節されるスロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２１が取り付けられ、各点火プラグ２１の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する水温センサ２５や、エンジン１１のクランク軸が一定クランク角（例えば３０℃Ａ）回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２６（機関回転速度検出手段）が取り付けられている。このクランク角センサ２６の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２０の燃料噴射量や点火プラグ２１の点火時期を制御する。

一方、エンジン１１の排気管２２（排気通路）には、ＨＣ吸着触媒２３が設けられ、この触媒２３の上流側に、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ２４（空燃比検出手段）が設けられている。このＨＣ吸着触媒２３は、図４に示すように、コージェライト等のセラミック材料で形成された六角セル基材３１（六角ハニカム形状のモノリス担体）を用いて構成され、各セル３２の内周面には、無数の微細孔を有する網目構造のゼオライトからなるＨＣ吸着材層３３がコーティングされ、このＨＣ吸着材層３３の表面に、白金、ロジウム等の貴金属からなる触媒成分層３４がコーティングされている。

この六角セル基材３１のＨＣ吸着触媒２３は、排出ガスが流れる各セル３２間の隔壁の厚みが均一であるため、機械的強度を確保しながら各セル３２の流路断面積を効率良く確保できるという利点があり、しかも、セル３２の形状が円形に近いため、四角形のセル構造と比べて、セル３２の内周面のＨＣ吸着材層３３と触媒成分層３４の厚みのばらつきが少なく、低コート量・低熱容量でＨＣ吸着能力とＨＣ酸化能力を高めることができるという利点もある。

更に、本実施例１では、六角セル型のＨＣ吸着触媒２３は、四角セル型のＨＣ吸着触媒と比べて、単位表面積当たりのセル基材３１とＨＣ吸着材層３３との合計重量が小さくなるように構成されている。このような六角セル型のＨＣ吸着触媒２３は、四角セル型のものと同等のＨＣ吸着能力を確保するのに必要な容量を、四角セル型のものよりも低熱容量化することが可能となり、ＨＣ吸着触媒２３の低熱容量化によって触媒暖機時間を短縮することができる。

このＨＣ吸着触媒２３の温度特性は、図５に示すように、冷態始動直後の低温領域（所定温度Ｔ1 以下の領域）では、ＨＣ吸着のみが発生し、触媒温度（ＨＣ吸着材層３３の温度）が上昇するに従ってＨＣ吸着率が低下する。そして、触媒温度が所定温度Ｔ1 を越えると、ＨＣの吸着が発生しなくなり、それに代わって、ＨＣの脱離が始まり、触媒温度が上昇するに従ってＨＣ脱離率が急激に増加する。更に、触媒温度が所定温度Ｔ2 を越えると、触媒成分層３４が活性化し始めてＨＣの浄化が始まり、触媒温度が上昇するに従って触媒成分層３４の活性化が進んでＨＣ浄化率が増加する。

エンジン１１の冷態始動時には、図６に示すように、クランキングを開始して燃料噴射と点火を開始すると、エンジン１１から排出されるＨＣが急激に増加し、始動１サイクル目にＨＣ排出量が最大となり、その後、燃焼状態が安定するのに伴ってＨＣ排出量が減少する。従って、冷態始動時のＨＣ排出量を低減するには、クランキング開始から始動完了直後のＨＣ排出量が減少するまでの期間のＨＣ排出量を低減する必要がある。

本発明者の実験・研究結果によれば、冷態始動時に排出されるＨＣは、混合気の空燃比がリッチになるほど、低級ＨＣ（炭素数の小さい炭化水素）の比率が高くなり（図２参照）、また、点火時期を進角するほど、排出ガス中の低級ＨＣ濃度が少なくなることが判明した（図３参照）。

冷態始動時には、始動性（燃焼安定性）やドライバビリティを確保するために混合気の空燃比がリッチに制御されるため、このリッチ期間中にエンジン１１から排出されるＨＣは、低級ＨＣの比率が高くなる（図２参照）。従って、このリッチ期間中に点火時期を進角させて排出ガス中の低級ＨＣ濃度を低下させれば、冷態始動時のＨＣ排出量を従来よりも低減することができる。

また、ＨＣ吸着触媒２３にコーティングされたＨＣ吸着材層３３（無数の微細孔を有する網目構造のゼオライト層）のＨＣ吸着特性は、炭素数の大きい高級ＨＣは、微細孔に引っ掛かって吸着されるが、炭素数の小さい低級ＨＣは、微細孔をすり抜けて吸着されにくいという特徴がある。従って、冷態始動時のリッチ期間中にエンジン１１から排出される低級ＨＣは、ＨＣ吸着触媒２３で吸着されにくいため、冷態始動時のＨＣ排出量を低減するには、リッチ期間中の低級ＨＣの排出量を低減する必要がある。

そこで、本実施例１では、図３に示すように、点火時期を進角するほど、排出ガス中の低級ＨＣ濃度が少なくなるという特性に着目して、エンジン１１の冷態始動時に、クランキング開始後の空燃比がリッチに制御される期間に、ＨＣ吸着触媒２３に吸着されにくい排出ガス中の低級ＨＣを低減させるための点火時期進角制御を実行し、その後、空燃比が判定値よりもリーンになった時点（所定の触媒早期暖機制御実行条件が成立した時点）で、触媒早期暖機制御を開始して、空燃比を弱リーンに制御し且つ点火時期を遅角側に制御して、ＨＣ吸着触媒２３を早期に暖機するようにしている。

以上説明した本実施例１の冷態始動時のＨＣ排出量を低減する制御は、ＥＣＵ２７によって図７の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムに従って次のように実行される。
図７の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムは、イグニッションスイッチのＯＮ期間中（ＥＣＵ２７の電源ＯＮ期間中）に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう点火時期制御手段及び触媒早期暖機制御手段としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、始動状態であるか否かを判定し、始動状態でなければ、ステップ１０７に進み、通常の点火時期制御（触媒早期暖機制御終了後の点火時期制御）を実行する。

上記ステップ１０１で、始動状態であると判定されれば、ステップ１０２に進み、水温センサ２５で検出した冷却水温に基づいて冷態始動時であるか否かを判定し、冷態始動時でなければ、ステップ１０７に進み、通常の点火時期制御を実行する。

これに対して、上記ステップ１０２で、冷態始動時であると判定されれば、ステップ１０３に進み、クランキング開始時から点火時期をアイドル運転時の点火時期よりも進角させる点火時期進角制御を実行して、排出ガス中の低級ＨＣ濃度を低下させる。

この際、点火時期進角制御を簡単にするために、点火時期進角制御実行時の点火時期を一定の点火時期に固定しても良いが、点火時期進角制御の点火時期を空燃比のリッチ度合に応じて変化させるようにしても良い。このようにすれば、空燃比のリッチ度合に応じて、低級ＨＣ濃度を所定濃度以下に低減するのに必要な点火時期の進角補正量が変化するのに対応して、点火時期の進角補正量を適正に変化させることができる。

また、エンジン１１の内部ＥＧＲ量（排気残留割合）が増加するほど混合気の燃焼速度が遅くなることを考慮して、冷態始動時にＥＣＵ２７によって内部ＥＧＲ量を推定して、点火時期進角制御実行時の点火時期を内部ＥＧＲ量に応じて変化させるようにしても良い。このようにすれば、内部ＥＧＲ量に応じて燃焼速度が変化するのに対応して、点火時期の進角補正量を適正に変化させることができ、冷態始動時の始動性（燃焼安定性）やドライバビリティを向上させることができる。

この点火時期進角制御実行時の点火時期は、最適点火時期を越えない範囲で進角させるようにすると良い（つまり、点火時期の進角を最適点火時期で制限するようにすると良い）。これは、点火時期が最適点火時期を越えて進角すると、燃費が悪化したり、ノッキングが発生する可能性があるためである。

点火時期進角制御実行中は、ステップ１０４で、空燃比センサ２４で検出した空燃比が判定値よりもリーンになったか否かを判定し、空燃比が判定値よりもリーンになるまで点火時期進角制御を継続する。これにより、クランキング開始後のリッチ期間中に点火時期進角制御を実行する。

その後、空燃比が判定値よりもリーンになった時点で、点火時期進角制御を終了し、触媒早期暖機制御実行条件が成立したと判断して、ステップ１０５に進み、触媒早期暖機制御を開始する。この触媒早期暖機制御では、空燃比を弱リーンに制御し且つ点火時期を遅角側に制御する。このようにすれば、触媒早期暖機制御中に点火時期の遅角により排出ガスの温度を上昇させてＨＣ吸着触媒２３の昇温を促進させながら、弱リーン制御により排出ガス中のＨＣを少なくし且つ排出ガス中の酸素等のリーン成分濃度を増加させて、ＨＣ吸着触媒２３内でＨＣの酸化反応を促進させることができ、触媒早期暖機制御中のＨＣ排出量を効率良く低減することができる。

この触媒早期暖機制御実行中は、ステップ１０６で、ＨＣ吸着触媒２３の温度を推定又は検出してＨＣ吸着触媒２３が暖機状態になったか否かを判定し、ＨＣ吸着触媒２３が暖機状態になった時点で、触媒早期暖機制御を終了する。この後、ステップ１０７に進み、通常の点火時期制御を実行する。尚、ＨＣ吸着触媒２３の温度の推定方法は、後述する実施例３で説明する。

以上説明した本実施例１では、冷態始動時のクランキング開始から空燃比が判定値よりもリッチとなっている期間に、点火時期を進角させて排出ガス中の低級ＨＣを低減させる点火時期進角制御を実行し、空燃比が判定値よりもリーンとなった時点で、触媒早期暖機制御を開始するようにしたので、冷態始動時に始動性（燃焼安定性）やドライバビリティを確保するために混合気の空燃比をリッチに制御しながら、空燃比のリッチ化による低級ＨＣの増加を点火時期進角制御により抑制することができ、冷態始動時の始動性・ドライバビリティの確保とＨＣ排出量低減とを両立させることができる。

本発明の実施例２では、図８の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムを実行する。図８の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムは、前記実施例１で実行した図７の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムのステップ１０４の処理をステップ１０４ａに変更しただけであり、他のステップの処理は同じである。

図８の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムでは、前記実施例１と同様に、冷態始動時のクランキング開始時から、点火時期を進角させて排出ガス中の低級ＨＣを低減させる点火時期進角制御を実行する（ステップ１０１〜１０３）。そして、点火時期進角制御実行中は、ステップ１０４ａで、エンジン回転速度がエンジン回転安定性を確保できる目標回転速度を越えたか否かを判定し、エンジン回転速度が目標回転速度を越えるまで点火時期進角制御を継続する。そして、エンジン回転速度が目標回転速度を越えた時点で、点火時期進角制御を終了し、ステップ１０５に進み、触媒早期暖機制御を実行する。

以上説明した本実施例２では、冷態始動の開始からエンジン回転速度が回転安定性（始動性）を確保できる目標回転速度に上昇するまでの期間に混合気の空燃比をリッチに制御して始動性を確保しながら、空燃比のリッチ化による低級ＨＣの増加を点火時期進角制御により抑制できると共に、触媒早期暖機制御を前記実施例１の場合よりも早期に開始することが可能となり、それによって、冷態始動の開始からＨＣ吸着触媒２３の暖機完了までの時間を短くすることができて、冷態始動時のＨＣ排出量を低減することができる。

本発明の実施例３では、図９の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムを実行する。図９の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムは、前記実施例１で実行した図７の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムのステップ１０４の処理をステップ１０４ｂに変更しただけであり、他のステップの処理は同じである。

図９の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムでは、前記実施例１と同様に、冷態始動時のクランキング開始時から、点火時期を進角させて排出ガス中の低級ＨＣを低減させる点火時期進角制御を実行する（ステップ１０１〜１０３）。そして、点火時期進角制御実行中は、ステップ１０４ｂで、触媒温度が所定温度（例えばＨＣの脱離が始まる温度又はＨＣを浄化可能な温度又はこれらよりも低い温度）を越えたか否かを判定する。この際、触媒温度の推定は、どの様な方法で行っても良いが、例えばエンジン始動後の排気熱量積算値に基づいて始動後の触媒温度上昇量を推定して、この始動後の触媒温度上昇量を始動当初の触媒温度に加算して現時点の触媒温度Ｔを推定する。

触媒温度＝始動後の触媒温度上昇量＋（始動当初の触媒温度）
＝Ｋ×（始動後の排気熱量積算値）＋（始動当初の触媒温度）
＝Ｋ×∫（排気温度×排気流量）ｄｔ＋（始動当初の触媒温度）

ここで、Ｋは、排気熱量による触媒温度Ｔの上昇量を算出するための係数である。排気熱量や排気温度は、排気管２２のＨＣ吸着触媒２３の上流側に設置した排気温度センサで実測しても良いし、エンジン運転条件から推定するようにしても良い。排気流量は、エアフローメータ１４で検出した吸入空気流量から推定すれば良い。

尚、始動後の排気熱量積算値の代わりに、始動後の燃料噴射量積算値、始動後の吸入空気量積算値、始動後経過時間のいずれかに基づいて始動後の触媒温度上昇量を推定するようにしても良い。また、始動当初の触媒温度は、水温センサ２５で検出した始動当初の冷却水温から推定しても良いし、冷却水温の他にエンジン停止時間や外気温等も考慮して始動当初の触媒温度を推定するようにしても良い。その他、ＨＣ吸着触媒２３の下流側に設置した排気温度センサで検出した排出ガスの温度に基づいて触媒温度を推定しても良い。勿論、ＨＣ吸着触媒２３に温度センサを設けて、この温度センサで触媒温度を実測するようにしても良い。

本実施例３では、触媒温度が所定温度を越えるまで点火時期進角制御を継続し、触媒温度が所定温度を越えた時点で、点火時期進角制御を終了し、ステップ１０５に進み、触媒早期暖機制御を実行する。

以上説明した本実施例３では、冷態始動の開始からＨＣ吸着触媒２３の温度が所定温度に上昇するまでの期間に混合気の空燃比をリッチに制御して始動性やドライバビリティを確保しながら、空燃比のリッチ化による低級ＨＣの増加を点火時期進角制御により抑制することができ、冷態始動時のＨＣ排出量を低減することができる。

本発明の実施例４では、図１０の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムを実行する。図１０の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムは、前記実施例１で実行した図７の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムのステップ１０４の処理をステップ１０４ｃに変更しただけであり、他のステップの処理は同じである。

図１０の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムでは、前記実施例１と同様に、冷態始動時のクランキング開始時から、点火時期を進角させて排出ガス中の低級ＨＣを低減させる点火時期進角制御を実行する（ステップ１０１〜１０３）。そして、点火時期進角制御実行中は、ステップ１０４ｃで、始動後の排気熱量積算値が所定値を越えたか否かを判定する。ここで、始動後の排気熱量積算値は、「触媒温度に相関する情報」として用いるデータである。始動後の排気熱量積算値に代えて、始動後の燃料噴射量積算値、始動後の吸入空気量積算値、始動後経過時間のいずれかを「触媒温度に相関する情報」として用いるようにしても良い。

本実施例４では、始動後の排気熱量積算値が所定値を越えるまで点火時期進角制御を継続し、始動後の排気熱量積算値が所定値を越えた時点で、点火時期進角制御を終了し、ステップ１０５に進み、触媒早期暖機制御を実行する。

以上説明した本実施例４においても、前記実施例３と同様の効果を得ることができる。 尚、上記各実施例１〜４では、六角セル型のＨＣ吸着触媒２３を用いたが、四角セル等の他のセル形状のＨＣ吸着触媒を用いても良く、更には、本発明は、ＨＣ吸着触媒に限定されず、三元触媒、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵型触媒のいずれを用いた排気浄化システムにも適用して実施できる。

その他、本発明は、触媒早期暖機制御をどの様な方法で行っても良く、例えば、ディザ制御、点火時期遅角制御、リーン制御、内燃機関の回転速度を上昇させる制御、排気通路に二次空気を導入してリッチ成分の後燃え（酸化反応）を発生させる制御のいずれか１つ又は２つ以上を組み合わせて実施しても良い。

本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 空燃比と低級ＨＣ濃度との関係を説明する図である。 点火時期と低級ＨＣ濃度との関係を説明する図である。 六角セル型のＨＣ吸着触媒のセル構造を説明する部分拡大断面図である。 ＨＣ吸着触媒の温度特性の一例を説明する図である。 冷態始動時のＨＣ排出特性の一例を説明する図である。 実施例１の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例３の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例４の冷態始動時ＨＣ排出量低減制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１５…スロットルバルブ、２０…燃料噴射弁、２１…点火プラグ、２２…排気管（排気通路）、２３…ＨＣ吸着触媒、２４…空燃比センサ（空燃比検出手段）、２６…クランク角センサ（機関回転速度検出手段）、２７…ＥＣＵ（触媒早期暖機制御手段，点火時期制御手段，触媒温度情報判定手段，内部ＥＧＲ量判定手段）、３１…六角セル基材、３２…セル、３３…ＨＣ吸着材層、３４…触媒成分層

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路に設置した排出ガス浄化用の触媒と、内燃機関の冷態始動後に所定の触媒早期暖機制御実行条件が成立した時に前記触媒を早期に暖機する触媒早期暖機制御を実行する触媒早期暖機制御手段とを備えた内燃機関の制御装置において、
   内燃機関の冷態始動の開始から前記触媒早期暖機制御を開始するまでの期間に点火時期をアイドル運転時の点火時期よりも進角させる点火時期進角制御を実行する点火時期制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、
   前記点火時期制御手段は、内燃機関の冷態始動の開始から前記空燃比検出手段の検出空燃比が判定値よりもリッチとなっている期間に前記点火時期進角制御を実行し、該空燃比検出手段の検出空燃比が前記判定値よりもリーンとなった時点で、前記触媒早期暖機制御手段による触媒早期暖機制御を開始させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の回転速度を検出する機関回転速度検出手段を備え、
   前記点火時期制御手段は、内燃機関の冷態始動の開始から前記機関回転速度検出手段の検出回転速度が目標回転速度に上昇するまでの期間に前記点火時期進角制御を実行し、該機関回転速度検出手段の検出回転速度が前記目標回転速度を越えた時点で、前記触媒早期暖機制御手段による触媒早期暖機制御を開始させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記触媒の温度又はそれに相関する情報（以下これらを「触媒温度情報」と総称する）を推定又は検出する触媒温度情報判定手段を備え、
   前記点火時期制御手段は、内燃機関の冷態始動の開始から前記触媒温度情報判定手段で推定又は検出した触媒温度情報が所定温度相当値に上昇するまでの期間に前記点火時期進角制御を実行し、該触媒温度情報が前記所定温度相当値を越えた時点で、前記触媒早期暖機制御手段による前記触媒早期暖機制御を開始させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 内燃機関の空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、
   前記点火時期制御手段は、前記点火時期進角制御実行時の点火時期を前記空燃比検出手段の検出空燃比のリッチ度合に応じて変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関の内部ＥＧＲ量を判定する内部ＥＧＲ量判定手段を備え、
   前記点火時期制御手段は、前記点火時期進角制御実行時の点火時期を前記内部ＥＧＲ量判定手段で判定した内部ＥＧＲ量に応じて変化させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記点火時期制御手段は、前記点火時期進角制御実行時の点火時期を最適点火時期を越えない範囲で進角させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記触媒早期暖機制御手段は、前記触媒早期暖機制御中に空燃比を弱リーンに制御し、且つ点火時期を遅角側に制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記触媒は、排出ガス中のＨＣ成分を吸着するＨＣ吸着触媒であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記ＨＣ吸着触媒は、六角セル基材の表面にＨＣ吸着材層と触媒成分層をコーティングした六角セル型のＨＣ吸着触媒であることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記六角セル型のＨＣ吸着触媒は、四角セル型のＨＣ吸着触媒と比べて、単位表面積当たりのセル基材とＨＣ吸着材層との合計重量が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。

Images