JPH07229419A

JPH07229419A - 内燃機関の触媒暖機制御装置

Info

Publication number: JPH07229419A
Application number: JP6021120A
Authority: JP
Inventors: Akira Iwai; 彰岩井; 衛 ▲吉▼岡; Mamoru Yoshioka; Yasuhito Tsutsumi; 泰人堤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 1995-08-29
Also published as: US5613360A

Abstract

(57)【要約】【目的】触媒の暖機完了を正確に判断する。【構成】機関１の排気通路２３に配置された三元触媒
２５の暖機完了を制御回路３０で判定する。制御回路３
０は、機関への燃料供給量と機関点火時期とから機関１
回転当たりに触媒に付与される熱量を算出するととも
に、この熱量の機関始動後の積算値を算出し、この積算
値が予め定められた所定値に到達したときに触媒暖機が
完了したと判定する。触媒暖機が正確に判定されるた
め、触媒暖機完了後他断ちに暖機操作を停止することが
でき、機関の運転性悪化と燃費増大が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の触媒暖機制御
装置に関し、詳細には排気浄化触媒の暖機完了を正確に
判定することができる触媒暖機制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に、排気中のＨＣ、
ＣＯ、ＮＯ_Xの３つの有害成分を同時に浄化可能な三元
触媒を用いた触媒コンバータを配置した内燃機関の排気
浄化装置が従来より広く用いられている。一般に、排気
浄化装置に用いられる三元触媒はある温度（活性化温
度）以上にならないと排気浄化能力を発揮しない。この
ため、機関冷間始動時等に、例えば機関点火時期を遅角
させる等の手段により、触媒を通過する排気の温度を上
昇させて触媒温度を早期に活性化温度に到達させる、い
わゆる触媒の暖機操作が行われる。

【０００３】一方、点火時期の遅角等の触媒暖機操作を
行った場合、機関出力低下による運転性の悪化や燃費の
増大を生じるため、触媒暖機の完了後は直ちに暖機操作
を終了させるようにすることが好ましい。このために
は、触媒温度を検出する温度センサを触媒床に配置し
て、検出された触媒温度が所定の活性化温度に到達した
場合に触媒暖機が完了したと判定するようにすることも
可能であるが、触媒に新たに温度センサを設けることは
装置の複雑化やコスト増大を生じるため好ましくない。

【０００４】このため、触媒に温度センサを配置するこ
となく触媒の暖機完了を判定する装置が種々考案されて
いる。例えば、この種の装置としては、実開昭６３−２
６７４８号公報に記載されたものがある。同公報の装置
は、機関冷間始動時に始動時からの機関吸入空気量の積
算値を計算し、この積算値が所定値に到達したときに触
媒暖機が完了したと判定している。

【０００５】すなわち、上記公報の装置では、触媒温度
が機関吸入空気量の積算値（すなわち、触媒に流入した
排気の総量）に応じて上昇することに着目し、機関始動
後、この積算量が所定値に達したときに触媒が活性化温
度に到達したと判断することにより、触媒温度センサを
使用することなく暖機完了を検出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
に、単に機関吸入空気量の積算値にのみ基づいて触媒暖
機完了を判断していると、正確な触媒暖機制御を行うこ
とができない場合が生じる。すなわち、排気から触媒に
与えられる熱量は、触媒に流入する排気の量と排気温度
との両方の関数になっているため、上記実開昭６３−２
６７４８号公報の装置のように、単に機関吸入空気量の
積算値（触媒に流入する排気の量）のみによって触媒暖
機の完了を判定していたのでは正確な暖機制御を行うこ
とができない場合が生じる。例えば、触媒暖機中に排気
温度が変化したような場合には、機関吸入空気量の積算
値が同一であっても、触媒に与えられる熱量は異なって
くる。

【０００７】従って、上記公報のように機関吸入空気量
の積算値のみによって暖機完了を判定していると、実際
には触媒が十分に活性化していないにもかかわらず触媒
暖機操作が停止され、触媒の活性化の遅れにより排気性
状が悪化したり、或いは、実際には触媒が十分に活性化
しているにもかかわらず点火時期遅角による触媒暖機操
作が続けられるため、運転性の悪化や燃料消費増大等の
問題が生じる場合がある。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、機関排気から触
媒に与えられる熱量を正確に推定して触媒暖機を判定す
ることにより正確に触媒暖機状態を判定することが可能
な内燃機関の触媒暖機制御装置を提供することを目的と
している。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
によれば、内燃機関の排気浄化触媒の暖機操作を制御す
る触媒暖機制御装置において、機関への燃料供給量と機
関点火時期とに基づいて、機関排気から前記触媒に流入
する熱量を推定する加熱量推定手段と、前記推定された
熱量に基づいて、機関始動後に前記触媒に流入した熱量
の積算値を算出する加熱量積算手段と、前記積算値が所
定値を越えたときに前記触媒の暖機が完了したと判定す
る暖機判定手段とを備えた内燃機関の触媒暖機制御装置
が提供される。

【００１０】また、請求項２に記載の本発明によれば、
請求項１に記載の装置において、さらに、前記加熱量推
定手段により推定された前記熱量を機関回転数に基づい
て補正する補正手段を備え、前記補正手段は機関回転数
が高いほど前記熱量の推定値を増大し、前記加熱量積算
手段は前記補正手段により補正された推定値に基づいて
前記積算値を算出する触媒暖機制御装置が提供される。

【００１１】さらに、請求項３に記載の本発明によれ
ば、請求項１に記載の装置において、さらに、前記加熱
量推定手段により推定された前記熱量を機関空燃比に基
づいて補正する補正手段を備え、前記補正手段は機関空
燃比が高いほど前記熱量の推定値を増大し、前記加熱量
積算手段は前記補正手段により補正された推定値に基づ
いて前記積算値を算出する触媒暖機制御装置が提供され
る。

【００１２】また、請求項４に記載の本発明によれば、
請求項１に記載の装置において、さらに、機関始動時の
機関冷却水温度に基づいて機関始動時の触媒温度を推定
する触媒温度推定手段と、前記機関始動時の触媒温度に
基づいて前記積算値の所定値を設定する設定手段とを備
えた触媒暖機制御装置が提供される。また、請求項５に
記載の本発明によれば、請求項４に記載の装置におい
て、前記触媒温度推定手段は、機関始動時の冷却水温度
と、機関始動後の吸気温度とに基づいて機関始動時の触
媒温度を推定する触媒暖機制御装置が提供される。

【００１３】

【作用】機関燃焼室内で発生する熱量は、機関に供給さ
れた燃料量に比例する。また、燃焼室内で発生した熱量
は、その一部は機関出力として外部に取り出され、一部
は燃焼室壁面を加熱するのに消費される。また、残りの
熱量は排気とともに排気通路に排出される。また、排気
とともに機関から排出される熱量の割合は機関点火時期
等の要因により変化する。

【００１４】例えば、点火時期を遅角すると燃焼室内で
の燃焼が遅れて生じるため、排気とともに機関から排出
される熱量の割合が増大し、排気温度が上昇する。この
ため、点火時期が遅角されると、燃焼室で発生する熱量
のうち、排気から触媒に与えられる熱量が占める割合が
増大する。従って、触媒に与えられる熱量は機関に供給
された燃料量と機関点火時期とに応じて変化することに
なる。

【００１５】請求項１に記載の本発明では、加熱量推定
手段は機関に供給された燃料量と、機関点火時期とか
ら、触媒に与えられる熱量を推定する。また、加熱量積
算手段は、上記により推定された熱量を積算し、機関始
動時から触媒に与えられた熱量の合計（総加熱量）を計
算する。この総加熱量は触媒の温度上昇に直接比例する
ため、判定手段はこの総加熱量が予め定めた所定値に到
達したときに触媒の温度が活性化温度に到達（触媒暖機
が完了）したと判定する。

【００１６】一方、上記排気とともに機関から排出され
る熱量の割合は、点火時期が同一であっても、例えば回
転数や機関空燃比によって変化する場合がある。すなわ
ち、回転数が高い場合には、機関から排出された排気の
流速が速く、触媒に到達するまでに燃焼室や排気通路壁
面に奪われる熱量が相対的に少なくなるため、触媒に流
入する排気の温度は高くなる。このため、回転数が高く
なるほど燃焼室で発生した熱量のうち触媒に与えられる
熱量の割合が増大する。

【００１７】また、機関空燃比がリッチ空燃比の領域で
は、空燃比が高いほど（リーン側になるほど）機関排気
温度は上昇するため、同様に触媒に与えられる熱量の割
合は増大する。請求項２に記載の本発明では、上記加熱
量推定手段の推定した熱量を補正する補正手段を設け、
回転数が高いほど触媒に与えられる熱量の割合が大きく
なるように補正する。これにより、触媒暖機中に回転数
が大きく変動したような場合にも触媒に与えられた熱量
を正確に積算することができ、触媒暖機の判定がより正
確になる。

【００１８】また、請求項３に記載の本発明では請求項
１の加熱量推定手段の推定した熱量を補正する手段を設
け、空燃比が高いほど触媒に与えられる熱量の割合が大
きくなるように補正を行っている。これにより、触媒暖
機中に運転条件の変化等による空燃比変動があった場合
にも、正確に触媒暖機の判定が行われる。ところで、上
記各請求項の発明により触媒に与えられた熱量の合計は
正確に判定されるようになるが、上記合計熱量は触媒の
温度上昇幅を表すものであるため、機関始動時の触媒温
度が違っていれば、触媒が活性化温度に到達するまでに
必要な加熱量は異なってくる。従って、厳密には触媒暖
機が完了したと判定する合計熱量は、機関始動時の触媒
温度に応じて設定することが好ましい。

【００１９】一方、機関停止後の触媒の温度は機関冷却
水温度と相関があることが知られている。機関運転停止
後、各部分からの放熱により触媒の温度が低下すると同
時に冷却水温度も低下して行くため、触媒と機関冷却水
との温度低下傾向は略一定の関係を示すようになるから
である。また、一般走行時には冷却水温は略一定（例え
ば８０℃）であり、触媒温度も安定しているため、機関
停止後の冷却水温度から触媒温度の低下傾向を比較的再
現性良く推定することができる。

【００２０】そこで、請求項４に記載の本発明では、触
媒温度推定手段は機関冷却水温度から予め定められた関
係に基づいて触媒温度を推定し、設定手段は推定された
触媒温度に基づいて、触媒を活性化温度（例えば３５０
℃程度）まで加熱するのに必要とされる熱量を算出する
とともに、判定手段の触媒暖機判定値として設定する。
判定手段は触媒に与えられた合計熱量がこの判定値に到
達したときに触媒暖機が完了したと判定するため、始動
時の触媒温度を考慮した、より正確な触媒暖機の判定が
行われる。

【００２１】また、請求項５に記載の本発明では、触媒
温度推定手段は機関冷却水温度とともに、機関始動後の
機関吸気温度の変化を用いてより正確に始動時の触媒温
度を推定するようにしている。前述のように、機関停止
後の冷却水温度低下と触媒温度低下とは一定の関係を示
し、機関停止後ある程度の時間が経過すると冷却水温度
と触媒温度とは略等しくなる。しかし、排気系に配置さ
れた触媒の温度低下は外気温の影響を受けやすいため、
機関停止後充分に時間が経過していない状態では、触媒
の温度降下と冷却水の温度低下との関係が外気温度によ
り異なってくる場合が生じる。請求項５に記載の本発明
では、触媒温度推定手段は、機関始動後の吸気温度か
ら、外気温度を検出して、冷却水温度に加えて外気温を
も考慮して触媒温度を推定するようにしている。これに
より、外気温が低いような場合にも、始動時の触媒温度
をより正確に推定することが可能となり、触媒暖機がさ
らに正確に判定される。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を用いて説
明する。図１は、本発明を適用した内燃機関の一実施例
を示す概略図である。図１において、１は内燃機関本
体、２はピストン、３は燃焼室、４は点火プラグを示
す。また、内燃機関１の吸気ポート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、さらにサージタ
ンク７から吸気通路８を介してエアクリーナ９に接続さ
れている。

【００２３】また、吸気通路８には、機関吸入空気流量
に比例した電圧信号を発生するエアフローメータ１２が
設けられている。さらに、エアフローメータ１２とサー
ジタンク７との間には運転者のアクセルペダル（図示せ
ず）操作に応じた開度をとるスロットル弁１０が設けら
れている。図に１３で示したのは、エアフローメータ１
２に内蔵された、吸気温度に応じた電圧信号を発生する
吸気温度センサ、１４で示したのは機関１の冷却水通路
に配置され冷却水温度に応じた電圧信号を発生する冷却
水温度センサである。

【００２４】また、吸気マニホルド６には、後述する制
御回路３０からの信号に応じた量の燃料を機関の各吸気
ポートに噴射する燃料噴射弁１１が設けられている。一
方、機関１の排気ポート２１は排気マニホルド２２を介
して排気通路２３に接続されており、排気通路２３に
は、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの三成分を同時に浄化
可能な三元触媒２５が配置されている。

【００２５】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、入出力ポート３
５、３６を互いに双方向性バス３１で接続した公知の構
成のディジタルコンピュータからなり、燃料噴射量、点
火時期などの機関１の基本制御を行うものである。ま
た、本実施例では制御回路３０は、触媒に与えられる熱
量を推定する加熱量推定手段、加熱量を積算する加熱量
積算手段や、補正手段、触媒温度推定手段、設定手段等
の、請求項に記載された各手段としての機能を果たして
いる。

【００２６】これらの制御のため、制御回路３０の入力
ポート３５には、エアフローメータ１２から吸入空気量
を表す電圧信号が、また吸気温度センサ１３から機関吸
入空気温度を表す電圧信号がそれぞれＡＤ変換器３７を
介して入力されている。吸気温度信号は、エアフローメ
ータ１２で検出された吸入空気量の温度補正に使用され
る他、本発明の実施例の１つでは機関始動時の触媒温度
の推定に用いられる。

【００２７】また、制御回路３０の入力ポート３５に
は、さらに冷却水温度センサ１４から冷却水温度を表す
電圧信号がＡＤ変換器３７を介して入力されている他、
機関のディストリビュータ（図示せず）に設けられたク
ランク角センサ４１から一定の機関クランク軸回転角度
毎にパルス信号が入力されている。このパルス信号は機
関回転数の算出に用いられる他、機関点火時期の基準信
号として使用される。

【００２８】一方、制御回路３０の出力ポート３６は、
点火回路３８を介して機関点火プラグ４に接続され機関
点火時期を制御している他、駆動回路３９を介して燃料
噴射弁１１に接続され、燃料噴射量を制御している。す
なわち、制御回路３０は、機関負荷、回転数等から点火
時期を算出し、クランク角センサ４１から入力する基準
パルス信号に基づいて上記点火時期が得られるように点
火信号を点火回路３８に出力する。

【００２９】また、制御回路３０は機関吸入空気量、回
転数等に基づいて燃料噴射量演算を行い、計算した燃料
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。次に、本発明による実施例の触媒暖機制御
について説明する。図２は、本発明による実施例の触媒
暖機制御の全体を示すフローチャートである。本ルーチ
ンは制御回路３０により、例えば機関１回転毎（或いは
燃料噴射タイミング毎）に実行される。

【００３０】本ルーチンでは、制御回路３０は燃料噴射
量ＴＡＵ等に基づいて機関１回転当たりに排気から触媒
に与えられる熱量（触媒加熱量）を計算し、さらにこの
加熱量の機関始動時からの積算値（総加熱量）を計算す
る。また、上記積算値が予め定められた所定値以下の場
合には機関点火時期を所定量遅角して排気温度を上昇さ
せることにより触媒の暖機操作を行い、上記積算値が上
記所定値に到達した時には、触媒が充分に加熱され触媒
暖機が完了したと判断して上記の触媒暖機操作を終了す
る。

【００３１】すなわち、図２においてルーチンがスター
トすると、ステップ２０１では、燃料噴射量ＴＡＵと、
最適点火時期ＳＡＩとがＲＡＭ３２から読み込まれる。
ここで、燃料噴射量ＴＡＵと最適点火時期ＳＡＩは、制
御回路３０により別途一定時間毎に実行される図示しな
いルーチンにより、機関負荷（例えば機関１回転当たり
の吸入空気量Ｑ／Ｎ）と機関回転数Ｎとに基づいて最適
値が計算され、それぞれの最新の計算結果がＲＡＭ３２
に格納されている。

【００３２】次いでステップ２０３では、排気から触媒
に与えられる機関１回転当たりに触媒に与えられる熱量
（触媒加熱量）Ｑ_injが計算される。触媒加熱量Ｑ_inj
の計算については、後に詳細に説明する。ステップ２０
３で触媒加熱量Ｑ_injを計算後、ステップ２０５では、
機関始動時からの加熱量Ｑ_injの積算値ＱＴが計算され
る。なお、機関始動時にはＱＴの初期値はゼロにセット
されている。

【００３３】次いでステップ２０７では、上記により計
算した積算値ＱＴが予め定めた所定値Ｑ₀以上か否かを
判断することにより、触媒暖機が完了したか否かが判定
される。ここで、Ｑ₀は触媒が活性化温度に到達するの
に充分な総加熱量であり、機関の型式、排気通路や触媒
のサイズ等により異なるため、予め実験等により決定さ
れる。

【００３４】ステップ２０７で、ＱＴ＜Ｑ₀であった場
合には、触媒は未だ活性化温度に到達していないのでス
テップ２０９に進み最適点火時期ＳＡＩを一定量αだけ
遅角させた値を実際の点火時期ＳＡとして設定する（す
なわち、触媒暖機操作を行う）。また、ステップ２０７
でＱＴ≧Ｑ₀であった場合には、触媒は既に充分な熱量
を受けて活性化温度に到達していると考えられるため、
ステップ２１１に進み、実際の点火時期ＳＡを最適点火
時期ＳＡＩに設定する（すなわち、触媒暖機操作を終了
する）。

【００３５】上記により、点火時期ＳＡが設定される
と、制御回路３０は、別途一定時間毎に実行される図示
しないルーチンで、上記により設定された点火時期ＳＡ
のタイミングで機関１の各点火プラグ４をスパークさせ
て点火を行う。上述のように、本ルーチンの実行によ
り、触媒の暖機が完了するまでは点火時期の遅角による
触媒暖機操作が行われ、触媒暖機完了が判定されると同
時に暖機操作が終了するため、触媒を早期に活性化温度
に到達させることができるとともに、暖機完了後の運転
性の悪化や燃費の増大を防止することができる。

【００３６】次に図２、ステップ２０３の触媒加熱量計
算動作について説明する。図３は、上記ステップ２０３
で実行される加熱量計算サブルーチンの一実施例のフロ
ーチャートを示している。本実施例では、燃料噴射量Ｔ
ＡＵと機関点火時期ＳＡとに基づいて、触媒加熱量が計
算される。前述のように、燃料噴射量ＴＡＵは機関１回
転当たりに燃焼室で発生する熱量に直接比例しており、
機関点火時期ＳＡは、上記燃焼室で発生した熱量のう
ち、排気とともに排気通路に排出される熱量の比率を決
定する。また、触媒には上記により排気とともに排出さ
れる熱量のうち一定の割合の熱量が与えられることにな
る。このため、燃料噴射量ＴＡＵと点火時期ＳＡとから
触媒の加熱量を計算することが可能である。

【００３７】本実施例では、燃料噴射量ＴＡＵに点火時
期ＳＡにより定まる係数Ｋ₁を乗じた値を機関１回転当
たりの触媒加熱量Ｑ_injとしている。ここで、係数Ｋ₁
は、燃料噴射量ＴＡＵと燃焼により発生する熱量との換
算係数、発生した熱量のうち触媒に与えられる熱量の比
率等を総合した係数であり、詳細には実験などにより決
定される。

【００３８】図４は、点火時期ＳＡと係数Ｋ₁との関係
の一例を示している。前述のように、係数Ｋ₁は点火時
期が遅角されるほど増大する。本実施例では、図４のＫ
₁の値は点火時期ＳＡの１次元マップとして制御回路３
０のＲＯＭ３２に予め格納されており、このマップを用
いて係数Ｋ₁を算出する。すなわち、図３のサブルーチ
ンでは、ステップ３０１で燃料噴射量ＴＡＵと、図２で
設定された実際の機関点火時期ＳＡとに基づいて図４の
マップから係数Ｋ ₁の値が算出され、ついでステップ３
０３では、触媒加熱量Ｑ_injが、Ｑ_inj＝ＴＡＵ×Ｋ₁
として算出される。

【００３９】図２、ステップ２０９で示したように、機
関の実際の点火時期ＳＡは、機関負荷状態に応じて最適
点火時期ＳＡＩが変更されると、それに応じて変化す
る。従って、燃料噴射量ＴＡＵが同一であっても触媒加
熱量は機関負荷状態に応じて変化することになるが、本
実施例では、上述のように機関点火時期を考慮して触媒
加熱量Ｑ_injを計算することにより機関点火時期の変化
があった場合でも、正確に触媒加熱量Ｑ_injを推定する
ことが可能となっている。

【００４０】なお、図３では、燃焼室における発熱量を
代表する値として燃料噴射量ＴＡＵを用いているが、燃
料噴射量ＴＡＵを用いる代わりに燃料噴射量ＴＡＵと相
関のある他のパラメータ（例えば機関１回転当たりの吸
入空気量Ｑ／Ｎ、または吸気マニホルド圧力ＰＭなど）
を用いて燃焼室における発熱量を算出するようにしても
良い。また、図３のサブルーチンは請求項１に記載した
加熱量推定手段に対応するものである。

【００４１】次に、図５を用いて、図２ステップ２０３
の加熱量計算サブルーチンの図３とは異なる実施例を示
す。本実施例では、図２の方法で燃料噴射量ＴＡＵと機
関点火時期ＳＡとに基づいて算出された触媒加熱量を、
さらに機関回転数に基づいて補正することにより触媒加
熱量Ｑ_injを算出している。前述のように、機関回転数
が高くなると排気ガスから燃焼室や排気通路の壁面に奪
われる熱量が相対的に減少するため、同一の燃料噴射量
と点火時期であっても回転数が高くなるほど触媒に流入
する排気の熱量が大きくなる。そこで、本実施例では、
機関回転数Ｎに基づいて決定される係数Ｋ₂を用いて加
熱量Ｑ_injを、Ｑ_inj＝ＴＡＵ×Ｋ₁×Ｋ₂として計算
する。

【００４２】図６は、回転数Ｎと係数Ｋ₂との関係の一
例を示している。図６に示すように係数Ｋ₂は回転数に
応じて略直線的に増大する傾向を示している。なお、係
数Ｋ ₂の実際の値は、予め実験等により決定される。本
実施例では、図６のＫ₂の値は、回転数Ｎの１次元マッ
プとして、前述の係数Ｋ₁と同様、制御回路３０のＲＯ
Ｍ３２に予め格納されており、このマップを用いて係数
Ｋ₂が算出される。

【００４３】図５のサブルーチンでは、ステップ５０１
で図４のマップから係数Ｋ₁が図３ステップ３０１で説
明したと同じ方法で求められる。次いで、ステップ５０
３では制御回路３０のＲＡＭ３２から機関回転数Ｎが読
み込まれ、ステップ５０５では図６のマップを用いて係
数Ｋ₂が算出される。なお、機関回転数Ｎは、クランク
角センサ４１のパルスに基づいて制御回路３０により一
定時間毎に計算され、ＲＡＭ３２に常時最新の値が格納
されている。

【００４４】次いで、ステップ５０７では、上記により
計算した係数Ｋ₁とＫ₂とを用いて、触媒加熱量Ｑ_inj
がＱ_inj＝ＴＡＵ×Ｋ₁×Ｋ₂として算出される。本実
施例では、燃料噴射量ＴＡＵ、点火時期ＳＡとともに機
関回転数Ｎを用いて触媒加熱量を算出することにより回
転数の変動にかかわらず正確な触媒加熱量を推定するこ
とが可能となっている。

【００４５】なお、図５ステップ５０５、５０７は請求
項２に記載した補正手段に対応している。次に、図２、
ステップ２０３の加熱量計算サブルーチンのさらに別の
実施例について説明する。本実施例では、図５の機関回
転数Ｎに基づく補正に加え、さらに機関空燃比に基づい
て触媒加熱量Ｑ_injを補正している。

【００４６】例えば、機関始動後で空燃比がリッチに維
持されている領域では、空燃比が高く（リーン側に）な
るほど排気温度が上昇する。このため、空燃比が高くな
るほど触媒に与えられる熱量は増大することになる。本
実施例では、機関空燃比から係数Ｋ₃を算出し、触媒加
熱量Ｑ_injを、Ｑ_inj＝ＴＡＵ×Ｋ₁×Ｋ₂×Ｋ₃とし
て算出する。

【００４７】係数Ｋ₃は実験等により予め求められる。
図８は、上記係数Ｋ₃と機関空燃比との関係の一例を示
す図である。図８に示すように、係数Ｋ₃は空燃比がリ
ーン側に近づく程増大する。図７は本実施例の加熱量計
算サブルーチンのフローチャートを示す。図７、ステッ
プ７０１から７０５では図３、図５と同様に係数Ｋ₁、
Ｋ₂が算出される。次いでステップ７０７では機関吸入
空気量ＱがＲＡＭ３２から読み込まれる。なお、吸入空
気量Ｑは、エアフローメータ１２と吸気温度センサ１３
の出力とに基づいて一定時間毎に計算され、最新の値が
常時ＲＡＭ３２に格納されている。

【００４８】また、ステップ７０９では、上記により読
み込んだ吸入空気量Ｑと燃料噴射量ＴＡＵとを用いて、
機関空燃比Ａ／Ｆが、Ａ／Ｆ＝（Ｑ／ＴＡＵ）×βとし
て算出される。ここでβは一定の係数である。また、ス
テップ７１１では、上記により計算したＡ／Ｆの値に基
づいて、図８のマップから係数Ｋ₃が算出され、ステッ
プ７１３では、触媒加熱量Ｑ_injがＱ_inj＝ＴＡＵ×Ｋ
₁×Ｋ₂×Ｋ₃として算出される。

【００４９】本実施例では、機関空燃比Ａ／Ｆを考慮し
て触媒加熱量Ｑ_injを算出するため、暖機中に運転条件
の変化により空燃比が変動した場合でも正確に触媒加熱
量を推定することが可能となる。なお、本実施例では機
関空燃比Ａ／Ｆとともに、機関回転数Ｎにより触媒加熱
量Ｑ_injを補正しているが（図７、ステップ７０３、７
０５、７１３）、機関回転数Ｎによる補正を行わず、触
媒加熱量Ｑ_injを、Ｑ_inj＝ＴＡＵ×Ｋ₁×Ｋ₃として
求めても良い。また、図７、ステップ７０７から７１３
は請求項３に記載した補正手段に対応するものである。

【００５０】前述の図２のルーチンでは、上記の各方法
のいずれかを用いて算出された触媒加熱量Ｑ_injを積算
し、この積算値ＱＴが、予め定めた所定値（所要総加熱
量）Ｑ₀に到達したときに触媒暖機が完了したと判定し
ている。この所定値Ｑ₀は余裕を含む適宜な一定値とし
てもよいが、厳密には機関始動時の触媒温度に応じて設
定することが好ましい。

【００５１】以下に、機関始動時の触媒温度ＴＣＩの推
定と、それに基づく所定値Ｑ₀の設定について説明す
る。図９は始動時触媒温度ＴＣＩの推定と所定値（所要
総加熱量）Ｑ₀の設定動作を示すフローチャートの一実
施例である。本ルーチンは、制御回路３０により機関始
動時に一回だけ実行される。また、本実施例では触媒温
度ＴＣＩは冷却水温度に基づいて推定される。

【００５２】図９においてルーチンがスタートすると、
ステップ９０１ではフラグＦがセット（＝１）されてい
るか否かが判定される。ここで、Ｆは機関始動時にリセ
ット（＝０）され、前記所定値Ｑ₀設定（ステップ９１
３）が終了するとステップ９１５でセットされるフラグ
である。ステップ９０１でフラグＦがセット（＝１）さ
れていた場合には、本ルーチンは、以下のステップを実
行しないでそのまま終了し、フラグＦがセットされてい
ない場合のみステップ９０３から９１３を実行する。こ
れにより、ステップ９０３から９１３の所定値Ｑ₀設定
動作は機関始動時に１回だけ実行されることになる。

【００５３】ステップ９０３では、機関冷却水温度ＴＨ
ＷがＲＡＭ３２から読み込まれる。冷却水温度ＴＨＷ
は、一定時間毎に冷却水温度センサ１４から読み込ま
れ、最新の値がＲＡＭ３２に格納されている。次いで、
ステップ９０５では、上記により読み込んだ機関始動時
の冷却水温度ＴＨＷが所定値ＴＨＷＳ以下か否かが判定
される。ここで、本実施例では、ＴＨＷＳは、例えば３
０〜４０℃程度に設定されている。

【００５４】ステップ９０５で冷却水温度がＴＨＷＳ以
下である場合は、すなわち機関停止後長時間が経過して
おり、冷却水温度と触媒温度とは、ともに外気温に近い
温度まで低下していると考えられるため、ステップ９０
７に進み、始動時触媒温度ＴＣＩを、読み込んだ冷却水
温度ＴＨＷＳと同じ温度に設定する。また、冷却水温度
がＴＨＷＳより高い場合には機関停止後比較的短い時間
で機関が再始動されるため、冷却水温度と触媒温度との
間に差が生じていると考えられるので、ステップ９０９
に進み、検出した冷却水温度ＴＨＷに基づいて所定の関
係から始動時触媒温度ＴＣＩを推定する。

【００５５】前述のように、機関停止後の冷却水の温度
降下と触媒の温度降下との間には相関があり、機関停止
後の冷却水温度から触媒の温度を推定することが可能で
ある。図１０は、機関停止後の冷却水温度ＴＨＷと触媒
温度ＴＣＩとの関係の一例を示す図である。本実施例で
は、触媒温度ＴＣＩは図１０の関係に基づくＴＨＷの一
次元マップとして制御回路３０のＲＯＭ３３に予め格納
されており、ステップ９０９ではこのマップから始動時
触媒温度ＴＣＩが決定される。なお、図１０の関係は排
気通路の形状、触媒の配置等により異なってくるため、
図１０の関係は詳細には実験等により決定される。

【００５６】ステップ９１１は、ステップ９０７、９０
９により推定した触媒温度に基づく所定値Ｑ₀の設定を
示す。本実施例では所定値Ｑ₀は以下の式により決定さ
れる。Ｑ₀＝（ＴＡＣＴ−ＴＣＩ）×Ｋ₄ ここで、ＴＡＣＴは触媒の活性化温度（例えば３５０℃
程度）、Ｋ₄は、触媒の比熱、触媒と排気ガスとの熱伝
達率等を総合した一定値であり、詳細には実験等により
決定される。

【００５７】上式により、機関始動時の触媒温度から活
性化温度まで触媒の温度を上昇させるために必要な総加
熱量がＱ₀として設定される。ステップ９１１で所要加
熱量Ｑ₀を設定した後、ステップ９１３ではフラグＦが
セットされ、本ルーチンは終了する。本実施例によれ
ば、触媒加熱量積算値の判定に用いる所要総加熱量Ｑ₀
が機関始動時の触媒温度に応じて設定されるようになる
ため、機関始動時の触媒温度にかかわらず正確な触媒暖
機状態の判定が可能となる。

【００５８】なお、図９において、ステップ９０３から
９０９は請求項４に記載の触媒温度推定手段に、またス
テップ９１１は請求項４に記載の設定手段に、それぞれ
対応するものである。次に、機関始動時の触媒温度ＴＣ
Ｉの推定についての図９とは別の実施例について説明す
る。

【００５９】図９の実施例では、機関冷却水温度のみに
基づいて機関始動時の触媒温度ＴＣＩを推定していた。
しかし、前述のように、排気通路に配置された触媒は外
気温の影響を受けやすいため、外気温が変化した場合に
は冷却水より温度降下速度の変化が大きくなる。従っ
て、正確に機関始動時の触媒温度ＴＣＩを推定するため
には、外気温の影響を考慮することが好ましい。

【００６０】図１２は、外気温の影響による冷却水と触
媒との温度降下速度の変化を説明する図である。図１２
において横軸は機関停止後の経過時間、縦軸は温度を示
す。また、図１２のカーブＡ（実線）は気温が高い場合
の触媒の温度変化を、Ａ′（点線）は気温が低い場合の
触媒の温度変化を示し、カーブＢ（実線）とＢ′（点
線）はそれぞれ気温が高い場合と低い場合の機関冷却水
の温度変化を示している。図１２に示すように、冷却水
の温度降下速度（Ｂ、Ｂ′）は外気温が変化しても比較
的変化が少ないのに対して、触媒の温度降下速度（Ａ、
Ａ′）は外気温が変化すると大きく変化する。従って、
前述の冷却水温度と触媒温度との関係（図１０）は、外
気温度によって異なってくることになる。

【００６１】本実施例では、予め実験などにより各外気
温度における図１０の関係を求めておき、図１３に示し
たような外気温度ＴＨＡ₁と冷却水温度ＴＨＷ₀との二
次元マップの形にして制御回路３０のＲＯＭ３３に格納
してあり、機関始動時の触媒温度ＴＣＩを外気温度と冷
却水温度とに基づいて決定する。図１１は、外気温度と
冷却水温度とに基づいて機関始動時の触媒温度を推定す
る実施例のフローチャートを示している。

【００６２】図１１のルーチンは制御回路３０により一
定時間毎に実行される。図１１においてルーチンがスタ
ートすると、ステップ１１０１では、フラグＦの値が判
定される。フラグＦの機能は図９のものと同一である。
次いで、ステップ１１０３では、フラグＧの値が判定さ
れ、フラグＧがセット（＝１）されていない場合にはス
テップ１１０５で機関冷却水温と機関吸入空気温度がＲ
ＡＭ３２から読み込まれ、それぞれＴＨＷ₀、ＴＨＡ₀
としてＲＡＭ３２に格納され、ステップ１１０７でフラ
グＧをセット（＝１）する。また、ステップ１１０３で
フラグＧがセットされていない場合（Ｇ＝０の場合）に
は、ステップ１１０５、１１０７は実行せずに直接ステ
ップ１１０９に進む。

【００６３】ここで、フラグＧは機関始動時にリセット
（＝０）されるフラグであり、ステップ１１０５を１回
だけ実行して、機関始動時の冷却水温ＴＨＷ₀と吸気温
度ＴＨＡ₀とを読み込むためのものである。また、機関
吸入空気温度は制御回路３０により、エアフローメータ
１２に内蔵された吸気温度センサ１３から一定時間毎に
読み込まれ、ＲＡＭ３２に最新の値が常時格納されてい
る。

【００６４】上記ステップを終了後、ステップ１１０９
では、機関始動後所定時間ｔ₀が経過したか否かが判定
され、時間ｔ₀が経過していない場合にはルーチンはそ
のまま終了する。また、ｔ₀が経過している場合には、
ステップ１１１１で再度その時点の吸気温度がＲＡＭ３
２から読み込まれ、ＴＨＡ₁としてＲＡＭ３２に記憶さ
れる。すなわち、ステップ１１０５と１１１１との実行
により、機関始動時の吸入空気温度と、機関始動後所定
時間ｔ₀経過時の吸入空気温度とが、それぞれＴＨ
Ａ₀、ＴＨＡ₁として読み込まれることになる。

【００６５】ステップ１１１３、１１１５は機関停止後
長時間経過して機関各部分が外気温と同程度まで冷却さ
れた状態で機関始動がなされたか否か（すなわち今回の
機関始動が冷間始動か否か）の判定ステップである。ま
ず、ステップ１１１３では、上記吸気温度ＴＨＡ₁とＴ
ＨＡ₀との差の絶対値が所定値Ｔ₁以下か否かが判定さ
れ、ステップ１１１５では、機関始動時に計測した冷却
水温度ＴＨＷ₀と吸気温度ＴＨＡ₀との差の絶対値が所
定値Ｔ₂以下か否かが判定される。

【００６６】機関停止後、吸気温センサ１２近傍の吸気
通路内に滞留した空気は機関の余熱により温度が上昇す
る。従って、機関が完全に冷却するまではこの部分の空
気の温度は外気温度より高くなっている。一方、機関始
動後は外気が吸気通路に吸入されるため、機関始動後所
定時間ｔ₀経過時の吸気温度は、外気温度と略等しくな
る。ステップ１１１３では、機関始動時の吸気温度（す
なわち上記の吸気通路に滞留した空気温度）ＴＨＡ₀と
外気温度ＴＨＡ₁とを比較することにより機関が冷間状
態から始動されたか否かを判断する。すなわち、ＴＨＡ
₀とＴＨＡ₁との差が小さい場合には冷間始動と判断す
る。

【００６７】また、同様に機関冷間始動時には吸気通路
に滞留した空気の温度ＴＨＡ₀と冷却水温度ＴＨＷ₀と
は略等しくなっているので、ステップ１１１５では、こ
れらの差が所定値Ｔ₂以下か否かにより機関が冷間状態
から始動されたか否かを判断する。本実施例では、ステ
ップ１１１３で｜ＴＨＡ₁−ＴＨＡ₀｜≦Ｔ₁であり、
かつステップ１１１５で｜ＴＨＷ₀−ＴＨＡ₀｜≦Ｔ₂
であった場合には、機関が冷間始動状態にあり、始動時
の触媒温度は冷却水温度と略等しくなっていると判断
し、ステップ１１１７に進み始動時触媒温度ＴＣＩを冷
却水温度ＴＨＷ₀と等しい値に設定する。

【００６８】一方、ステップ１１１３またはステップ１
１１５のいずれかで否定判定された場合には、機関各部
は完全に冷却しておらず、外気温度の影響により触媒の
冷却速度に差が生じている可能性があるため、ステップ
１１１９に進む。ステップ１１１９では、外気温度ＴＨ
Ａ₁と始動時冷却水温度ＴＨＷ₀とを用いて、図１３に
示した二次元マップから始動時触媒温度ＴＣＩが決定さ
れる。

【００６９】また、ステップ１１２１では、上記により
決定された始動時触媒温度ＴＣＩに基づいて、図９の実
施例と同様に所要総加熱量Ｑ₀が設定される。また、所
要総加熱量Ｑ₀が設定されると、ステップ１１２３では
前述のフラグＦがセットされ、本ルーチンは終了する。
上述の実施例によれば、始動時触媒温度は冷却水温度だ
けでなく外気温度の影響をも考慮して決定され、この始
動時触媒温度から所要総加熱量が設定されるため、外気
温度にかかわらず正確な触媒暖機完了の判定を行うこと
ができる。

【００７０】なお、上記ステップ１１０１から１１１９
は請求項５に記載の触媒温度推定手段に、またステップ
１１２１は請求項５に記載の設定手段にそれぞれ対応し
ている。

【００７１】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明によれば、機関
への燃料供給量に加えて機関点火時期を考慮して触媒に
与えられた熱量を算出することにより、触媒温度センサ
を用いることなく正確な触媒暖機判定が可能となる効果
がある。また、請求項２に記載の本発明によれば、上記
に加え、機関回転数をも考慮して触媒に与えられた熱量
を算出することにより、更に、触媒暖機中の回転数変動
にかかわらず正確な触媒暖機判定が可能となる効果があ
る。

【００７２】また、請求項３に記載の本発明によれば、
請求項１において機関空燃比をも考慮して触媒に与えら
れた熱量を算出することにより、更に、触媒暖機中の空
燃比変動に係わらず正確な触媒暖機判定が可能となる効
果がある。更に、請求項４に記載の本発明によれば、請
求項１において、冷却水温度に基づいて推定した機関始
動時の触媒温度に基づいて暖機に必要とされる熱量を算
出するようにしたことにより、始動時の触媒温度によら
ず正確な触媒暖機判定が可能となる効果がある。

【００７３】また、請求項５によれば、請求項４におい
て、冷却水温度に加えて外気温度をも考慮して始動時の
触媒温度を推定するようにしたことにより、触媒温度の
推定の精度が向上し、さらに正確な触媒暖機判定が可能
となる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の触媒暖機制御装置を適用した内燃機関
の一実施例の全体概略図である。

【図２】本発明の触媒暖機制御の全体を説明するフロー
チャートの一実施例である。

【図３】触媒加熱量の算出動作の一実施例を示すフロー
チャートである。

【図４】図３のフローチャートに用いる係数算出用マッ
プの一例を示す図である。

【図５】触媒加熱量の算出動作の一実施例を示すフロー
チャートである。

【図６】図５のフローチャートに用いる係数算出用マッ
プの一例を示す図である。

【図７】触媒加熱量の算出動作の一実施例を示すフロー
チャートである。

【図８】図５のフローチャートに用いる係数算出用マッ
プの一例を示す図である。

【図９】始動時触媒温度の推定と、それに基づく所要総
加熱量の算出動作の一実施例を示すフローチャートであ
る。

【図１０】図９のフローチャートに用いる触媒温度算出
用マップの一例を示す図である。

【図１１】始動時触媒温度の推定と、それに基づく所要
総加熱量の算出動作の一実施例を示すフローチャートで
ある。

【図１２】機関停止後の触媒温度降下と冷却水温度降下
との外気温度による変化を説明する図である。

【図１３】図１１のフローチャートに用いる触媒温度算
出用マップの一例を示す図である。

【符号の説明】

１…内燃機関１３…吸気温度センサ１４…冷却水温度センサ２５…三元触媒３０…制御回路４１…クランク角センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｐ 5/15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気浄化触媒の暖機操作を制
御する触媒暖機制御装置において、機関への燃料供給量と機関点火時期とに基づいて、機関
排気から前記触媒に流入する熱量を推定する加熱量推定
手段と、前記推定された熱量に基づいて、機関始動後に前記触媒
に流入した熱量の積算値を算出する加熱量積算手段と、前記積算値が所定値を越えたときに前記触媒の暖機が完
了したと判定する暖機判定手段とを備えた内燃機関の触
媒暖機制御装置。
【請求項２】請求項１に記載の装置において、さら
に、前記加熱量推定手段により推定された前記熱量を機
関回転数に基づいて補正する補正手段を備え、前記補正
手段は機関回転数が高いほど前記熱量の推定値を増大
し、前記加熱量積算手段は前記補正手段により補正され
た推定値に基づいて前記積算値を算出する触媒暖機制御
装置。
【請求項３】請求項１に記載の装置において、さら
に、前記加熱量推定手段により推定された前記熱量を機
関空燃比に基づいて補正する補正手段を備え、前記補正
手段は機関空燃比が高いほど前記熱量の推定値を増大
し、前記加熱量積算手段は前記補正手段により補正され
た推定値に基づいて前記積算値を算出する触媒暖機制御
装置。
【請求項４】請求項１に記載の装置において、さら
に、機関始動時の機関冷却水温度に基づいて機関始動時
の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、前記機関始
動時の触媒温度に基づいて前記積算値の所定値を設定す
る設定手段とを備えた触媒暖機制御装置。
【請求項５】請求項４に記載の装置において、前記触
媒温度推定手段は、機関始動時の冷却水温度と、機関始
動後の吸気温度とに基づいて機関始動時の触媒温度を推
定する触媒暖機制御装置。