JP2005016396A

JP2005016396A - 内燃機関の触媒暖機システム

Info

Publication number: JP2005016396A
Application number: JP2003181549A
Authority: JP
Inventors: Norihisa Nakagawa; 徳久中川; Hiroshi Tanaka; 比呂志田中; Yoshiaki Atsumi; 善明渥美; Yasuyuki Takama; 康之高間
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の置かれる大気圧が減少した場合にも、十分に排気浄化触媒の暖機を行い、排気浄化触媒による浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることを抑制する内燃機関の触媒暖機システムを提供する。
【解決手段】排気通路に設けられた排気浄化触媒を有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関への吸入空気量を決定する吸入空気量制御手段と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記排気浄化触媒の暖機時において、前記大気圧検出手段によって検出される大気圧が低くなるに従い前記吸入空気量制御手段によって決定される吸入空気量を増量する補正を行う吸入空気量補正手段（Ｓ１０３からＳ１０６）と、を備える。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の暖機を行う触媒暖機システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特に希薄燃焼を行う内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘを浄化するために、ＮＯｘを吸蔵し、還元剤の存在下で吸蔵されたＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という）等の排気浄化触媒が、排気通路に設けられている。しかし、排気浄化触媒がその浄化能力を効率的に発揮するためには、排気浄化触媒の温度が所定の活性温度以上とする必要がある。特に、内燃機関の冷間始動時においては、排気浄化触媒の温度が気温と同程度にまで低下しているため、十分に排気浄化触媒の温度を活性温度まで上昇させなければ、浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることとなる。
【０００３】
そこで、内燃機関における燃料噴射量や点火時期を調整することで、排気浄化触媒に流入する排気温度を上昇させて、排気浄化触媒の温度を活性温度とする技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１０２３３７号公報
【特許文献２】
特開平３−７８５４４号公報
【特許文献３】
特開昭６３−１２４８６５号公報
【特許文献４】
特開平３−５７８７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、内燃機関の置かれる環境下において大気圧が減少した場合、例えば、内燃機関を備える車両が高度の低い土地から高い土地へと移動した場合、空気の密度が低下するため、実際に内燃機関へ吸入される空気量が減少し、排気浄化触媒の暖機を十分に行うことが困難となる。そして、排気浄化触媒の暖機が十分でないと、排気の浄化が良好に行われない。
【０００６】
本発明は、上記したような問題に鑑みてなされたものであり、内燃機関の置かれる大気圧が減少した場合にも、十分に排気浄化触媒の暖機を行い、排気浄化触媒による浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることを抑制する内燃機関の触媒暖機システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の置かれる大気圧の変動に着目した。内燃機関の置かれる大気圧が変動すると、内燃機関の燃焼室に吸入される空気の密度が変動し、例えば内燃機関の吸気絞り弁が所定時間、所定開度の状態で開弁しても、実際に内燃機関への吸入空気量が、本来の空気量と異なる量となり、燃焼室での燃焼状態が当初想定していた状態とならず、排気浄化触媒の暖機が十分に行われない虞があるからである。
【０００８】
そこで、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化触媒の暖機を行う内燃機関の触媒暖機システムにおいて、前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関への吸入空気量を決定する吸入空気量制御手段と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、前記排気浄化触媒の暖機時において、前記大気圧検出手段によって検出される大気圧が低くなるに従い前記吸入空気量制御手段によって決定される吸入空気量を増量する補正を行う吸入空気量補正手段と、を備える。
【０００９】
上記内燃機関においては、吸入空気量に応じた燃料の燃焼が行われるため、吸入空気量が増量するに従い燃焼に供される燃料の量が増量され、排気温度が上昇し、排気通路設けられた排気浄化触媒の温度も次第に上昇する。
【００１０】
ここで、吸入空気量制御手段は、排気浄化触媒の暖機条件や内燃機関に要求される機関出力トルク等の運転状態に基づいて、内燃機関への吸入空気量を決定する。即ち、排気浄化触媒の暖機条件や内燃機関の運転状態に基づいて吸入空気量制御手段により内燃機関への吸入空気量が決定され、その吸入空気量に応じた燃料が内燃機関での燃焼に供されることで、排気温度を排気浄化触媒の暖機に必要な温度としたり、内燃機関に要求される機関出力トルクを発揮したりすることが可能となる。
【００１１】
しかし、内燃機関へ吸入される空気の密度は、内燃機関の置かれる大気圧によって変動する。即ち、該大気圧が低くなるに従い空気密度が小さくなり、逆に該大気圧が高くなるに従い空気密度は大きくなる。例えば、該内燃機関を備える車両が低地にいる場合と高地にいる場合では、内燃機関へ吸入される空気の密度は異なる。また内燃機関の置かれる気候によっても、内燃機関へ吸入される空気の密度は異なる。従って、排気浄化触媒の暖機条件や内燃機関の運転状態に基づいて吸入空気量制御手段によって決定された吸入空気量であっても、内燃機関の置かれる大気圧によっては、本来必要とされる吸入空気量と異なる虞がある。特に、内燃機関の置かれる大気圧が低くなると、実際の内燃機関への吸入空気量は減少するため、排気温度が低下し、排気浄化触媒の暖機時においては該排気浄化触媒を十分に暖機することが困難となる。
【００１２】
そこで、排気浄化触媒の暖機時においては、吸入空気量補正手段によって、内燃機関への吸入空気量を、該内燃機関の置かれる大気圧に基づいて補正することで、本来排気浄化触媒の暖機に必要な排気温度を形成するための吸入空気量とする。即ち、吸入空気量補正手段は、内燃機関の置かれる大気圧が低くなるに従い吸入空気量制御手段によって決定される吸入空気量を増量する補正を行い、内燃機関の置かれる大気圧が高くなるに従い吸入空気量制御手段によって決定される吸入空気量を減量する補正を行うことで、内燃機関の置かれる大気圧の変動の、排気浄化触媒の暖機への影響を抑制する。
【００１３】
これにより、内燃機関の置かれる大気圧が減少した場合にも、十分に排気浄化触媒の暖機を行い、排気浄化触媒による浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることを抑制することが可能となる。
【００１４】
また、排気浄化触媒の暖機に際しては、排気浄化触媒の温度に基づいて、内燃機関への吸入空気量を補正することが好ましい。排気浄化触媒の温度が比較的低い場合には排気浄化触媒に流入する排気の温度は高い方が好ましいが、排気浄化触媒の暖機が進行し該暖機が完了する直前においても、同様に高温の排気が流入すると、排気浄化触媒の温度が過度に上昇し、排気浄化触媒が熱劣化する虞が生じる。
【００１５】
そこで、先述の内燃機関の触媒暖機システムにおいて、前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段を、更に備える。そして、前記吸入空気量補正手段は、前記排気浄化触媒の暖機時において、前記触媒温度推定手段によって推定される該排気浄化触媒の温度が上昇するに従い、前記大気圧検出手段によって検出される大気圧に従って補正された吸入空気量を減量する補正を行う。
【００１６】
これによって、内燃機関の置かれる大気圧に加えて、排気浄化触媒の温度にも基づいて、内燃機関への吸入空気量が補正されるため、排気浄化触媒の暖機により適した量の吸入空気が内燃機関へ吸入され、排気浄化触媒の暖機が十分に行われる。そして、更に、排気浄化触媒の過度な温度上昇が回避される。
【００１７】
ここで、先述までの内燃機関の触媒暖機システムにおける吸入空気量補正手段として、前記排気浄化触媒の暖機時における前記内燃機関の吸気通路を流れる吸入空気の流量を増量することで該内燃機関への吸入空気量を増量する手段が挙げられる。即ち、吸気通路を流れる吸入空気の流量を増量することで、単位時間あたりの内燃機関の燃焼室への吸入空気量を増量し、最終的に内燃機関の燃焼室へ吸入される実際の吸入空気量を本来あるべき吸入空気量とすることで、内燃機関の置かれる大気圧の低下による空気密度の低下を補償する。
【００１８】
例えば、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開度を調整することで吸気通路の流量が調整される場合には、吸気空気量制御手段によって決定される吸入空気量に対応した吸気絞り弁の開度よりも更に開度を大きくすることで、吸気通路を流れる吸気の流量を増量する。また、吸気絞り弁と並行して、アイドル回転数制御装置（以下、「ＩＳＣ」という）設けられている場合には、ＩＳＣにおけるＩＳＣバルブの開度を、本来あるべき開度よりも更に開度を大きくすることで、結果的に吸気通路を流れる吸気の流量を増量する。
【００１９】
更に、吸入空気量補正手段として、前記排気浄化触媒の暖機時における前記内燃機関の機関回転速度を増加することで該内燃機関への吸入空気量を増量する手段が挙げられる。即ち、内燃機関の機関回転速度を増加することで、単位時間あたりの内燃機関の燃焼室への吸入空気量を増量し、最終的に内燃機関の燃焼室へ吸入される実際の吸入空気量を本来あるべき吸入空気量とすることで、内燃機関の置かれる大気圧の低下による空気密度の低下を補償する。例えば、前記ＩＳＣが備えられている場合には、そのＩＳＣにおいてアイドル回転速度を上昇させる。
【００２０】
ここで、排気浄化触媒の暖機に際しては、排気温度を上昇させることで、排気浄化触媒を十分に暖機することが可能となる。しかし、吸入空気量補正手段によって吸入空気量を増量する補正を行う場合、吸気通路を流れる吸気の流量や内燃機関の機関回転速度が上昇し、それに伴い騒音が発生する虞がある。そこで、前記吸入空気量補正手段による補正が行われるときに、少なくとも前記大気圧検出手段によって検出される大気圧に基づいて、前記排気浄化触媒の暖機時における前記内燃機関での点火時期を遅角側に移行する。
【００２１】
内燃機関の点火時期を遅角側に移行することによって、内燃機関の機関出力に供せられる燃料の燃焼エネルギが減少するために、排気温度が上昇する。そこで、点火時期を遅角側に移行することで排気浄化触媒の温度が上昇するので、吸入空気量補正手段によって吸入空気量を増量する補正を行い、吸気通路を流れる吸気の流量の増量や内燃機関の機関回転速度の上昇量を抑え、騒音が抑制され得る。また、点火時期の遅角側への移行量は、内燃機関の置かれる大気圧に基づくことで、内燃機関の運転状態への影響を考慮しつつ、大気圧の変動に対してより適正な移行量とすることが可能となる。更には、排気浄化触媒の暖機時における該排気浄化触媒の温度上昇に基づいて、点火時期の遅角側への移行量を決定してもよい。これにより、更に、排気浄化触媒の暖機により適した点火時期となり、排気浄化触媒の暖機が十分に行われる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
ここで、本発明に係る内燃機関の触媒暖機システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される触媒暖機システム、該触媒暖機システムを含む内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【００２３】
内燃機関１は、４つの気筒２を有し、各気筒２の吸気ポート１ａに燃料を噴射する燃料噴射弁１１を備えている。燃料噴射弁１１は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室１０と接続されている。また、気筒２には、混合気の点火を行う点火栓３が設けられている。
【００２４】
次に、内燃機関１には吸気枝管４が接続されており、吸気枝管４の各枝管は、気筒２の燃焼室と吸気ポート１ａを介して連通している。更に、吸気枝管４は吸気管５に接続され、吸気管５の途中には、吸気管５を流れる吸入空気の流量を調整する吸気絞り弁６が設けられている。そして、吸気絞り弁６はアクチュエータ７によって駆動されることで、その開度が調整される。
【００２５】
更に、吸気絞り弁６と並行して、内燃機関１のアイドル運転時における機関回転速度を調整するＩＳＣ９が設けられている。ＩＳＣ９は、吸気絞り弁６の上流側の吸気管５と下流側の吸気管５を連通するＩＳＣ通路９ａと、ＩＳＣ通路９ａを流れる吸気流量を調整するＩＳＣバルブ９ｂとから構成される。また、ＩＳＣ通路９ａと吸気管５との連結部位より上流側の吸気管５には、吸気管５を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ８が設けられている。
【００２６】
一方、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管が排気ポート１ｂを介して気筒２の燃焼室と連通している。更に、排気枝管１２は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラー（図示略）に接続されている。排気管１３の途中には、内燃機関１から排出される排気中のＮＯｘを吸蔵、還元して排気中のＮＯｘ浄化を行うＮＯｘ触媒１４が設けられている。
【００２７】
ここで、燃料噴射弁１１、吸気絞り弁６を駆動するアクチュエータ７およびＩＳＣバルブ９は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。更に、ＥＣＵ２０が、それぞれエアフローメータ８、クランクポジションセンサ２１、冷却水温度センサ２２、アクセル開度センサ２３と電気的に接続され、それぞれによって吸入空気量、内燃機関１のクランクシャフトの回転角、内燃機関１の冷却水温度、アクセル開度が検出される。
【００２８】
また、ＮＯｘ触媒１４の上流側の排気管１３には排気温度センサ２４が設けられている。排気温度センサ２４はＥＣＵ２０と電気的に接続され、ＮＯｘ触媒１４に流入する排気の温度が検出される。更に、ＥＣＵ２０は、大気圧センサ２５と電気的に接続されており、内燃機関１の置かれる大気圧が検出される。
【００２９】
ここで、ＮＯｘ触媒１４によって排気中のＮＯｘが浄化されるにはＮＯｘ触媒１４の温度が活性温度まで上昇している必要がある。そして、ＮＯｘ触媒１４の温度を活性温度まで昇温される触媒の暖機は十分に行うのが好ましい。ＮＯｘ触媒１４の暖機が十分でないと、ＮＯｘ触媒１４の浄化能力が低下しているため、ＮＯｘ触媒１４によるＮＯｘの浄化が効率的に行われず、エミッションが悪化するためである。
【００３０】
ＮＯｘ触媒１４の暖機は高温の排気をＮＯｘ触媒１４に流入させることで行われる。しかし、内燃機関１の置かれる大気圧が低くなるに従い、吸気管５、吸気枝管４を経て内燃機関１の燃焼室に吸入される吸入空気の密度が低下する。その結果、燃料噴射弁１０より噴射される燃料の量が減少するため、内燃機関１の置かれる大気圧が比較的高い場合と比べて、排気温度が低下する。その結果、ＮＯｘ触媒１４の暖機が十分に行われず、エミッションが悪化する虞がある。
【００３１】
そこで、内燃機関１の置かれる大気圧の変動にかかわらず、十分なＮＯｘ触媒１４の暖機を行うための制御（以下、「触媒暖機制御」という）について、図２に基づいて説明する。図２は、触媒暖機制御を示すフローチャートである。触媒暖機制御は、ＥＣＵ２０によって実行される。本実施の形態においては、触媒暖機時にアイドル運転状態にある内燃機関１において、ＩＳＣ通路９ａを流れる空気流量（以下、「ＩＳＣ流量」という）を補正することで、ＮＯｘ触媒１４の暖機を図る。以下に、詳細を説明する。
【００３２】
まずＳ１０１では、大気圧センサ２５によって、内燃機関１の置かれる大気圧を検出する。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００３３】
Ｓ１０２では、排気温度センサ２４によって検出される、ＮＯｘ触媒１４に流入する排気の温度に基づいて、ＮＯｘ触媒１４の温度を検出する。例えば、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに排気温度センサ２４によって検出される排気の温度をパラメータとするＮＯｘ触媒１４の温度についてのマップを格納し、該マップにアクセスすることで、ＮＯｘ触媒１４の温度が検出される。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００３４】
Ｓ１０３では、Ｓ１０１において検出された大気圧に基づいて、ＩＳＣ流量用大気圧補正係数（以下、「ｋｑｃａｌ」という）を算出する。具体的には、図３に示すグラフに基づいて、ｋｑｃａｌが算出される。図３は、内燃機関１の置かれる大気圧の基準大気圧に対する変動率と、ｋｑｃａｌとの関係を示すグラフである。
【００３５】
図３の横軸は、大気圧変動率であり、内燃機関１の置かれる大気圧である大気圧センサ２５によって検出される大気圧の、基準大気圧に対する変動率を表す。基準大気圧とは、本実施の形態においては、海抜０ｍにおける大気圧である。従って、大気圧変動率が１のときは、内燃機関１の置かれる高度は海抜０ｍであり、その値が１より小さくなるに従い、内燃機関１の置かれる高度が高くなる。また、図３の縦軸は、ｋｑｃａｌを表す。図３に示すように、内燃機関１の置かれる大気圧が低くなるに従い、即ち内燃機関１の置かれる高度が高くなるに従い、ｋｑｃａｌの値は増加する。そして、大気変動率が１のとき、即ち内燃機関１の置かれる大気圧が基準大気圧の場合には、ｋｑｃａｌの値は０となる。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００３６】
Ｓ１０４では、Ｓ１０２において検出されたＮＯｘ触媒１４の温度に基づいて、ＩＳＣ流量用触媒温度補正係数（以下、「ｋｃａｔｔｅｍｐ」という）を算出する。具体的には、図４に示すグラフに基づいて、ｋｃａｔｔｅｍｐが算出される。図４は、ＮＯｘ触媒１４の温度と、ｋｃａｔｔｅｍｐとの関係を示すグラフである。
【００３７】
図４の横軸は、ＮＯｘ触媒１４の温度を、縦軸は、ｋｃａｔｔｅｍｐを表す。ここで、ＮＯｘ触媒１４の温度がＴ１以下であるときは、ｋｃａｔｔｅｍｐの値は上限の１であるが、ＮＯｘ触媒１４の温度がＴ１からＴ２の範囲に属する場合には、ＮＯｘ触媒１４の温度が高くなるに従いｋｃａｔｔｅｍｐの値は減少し、ＮＯｘ触媒１４の温度がＴ２以上となると、ｋｃａｔｔｅｍｐの値は０となる。ここで、温度Ｔ２は、ＮＯｘ触媒１４の暖機が完了したと判断されるための、ＮＯｘ１４の最低温度である。また、温度Ｔ１は、温度Ｔ２より低い値であって、高温の排気がＮＯｘ触媒１４に流入し続けるとＮＯｘ触媒１４の温度が過度に上昇すると判断される温度である。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００３８】
Ｓ１０５では、基本ＩＳＣ流量（以下、「ｑａｄｄ」という）を算出する。例えば、本制御が行われる時点における内燃機関１での複数の制御パラメータの補正量に基づいて、ｑａｄｄを算出する。即ち、ＮＯｘ触媒１４の暖機時において、アイドル運転状態にある内燃機関１の機関回転速度を安定して維持するために必要な、ＩＳＣ通路９ａを流れる吸入空気の流量を算出する。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００３９】
Ｓ１０６では、Ｓ１０３で算出したｋｑｃａｌとＳ１０４で算出したｋｃａｔｔｅｍｐに基づいて、Ｓ１０５で算出したｑａｄｄの値を補正して、最終ＩＳＣ流量ｑｃａｌを算出する。具体的には、以下の式１に基づいて算出する。
【００４０】
ｑｃａｌ＝ｑａｄｄ＊（１＋ｋｑｃａｌ＊ｋｃａｔｔｅｍｐ）・・・（式１）
【００４１】
式１においては、ｋｑｃａｌの値とｋｃａｔｔｅｍｐの値が大きくなるに従い、最終ＩＳＣ流量であるｑｃａｌの値が大きくなる。即ち、内燃機関１の置かれる大気圧が低くなるに従い、またはＮＯｘ触媒１４の温度が低温であるほど、ｑｃａｌの値が大きくなる。その結果、内燃機関１への吸入空気量が増加し、排気温度が上昇するため、ＮＯｘ触媒１４の暖機が十分に行われる。
【００４２】
ここで、ＮＯｘ触媒１４の暖機が進行して、ＮＯｘ触媒１４の温度が温度Ｔ１から温度Ｔ２の範囲に属する場合には、ｑｃａｌの値は徐々に減少し、温度Ｔ２となった時点において、ｑｃａｌの値はｑａｄｄの値と同一となる。これにより、暖機時において、ＮＯｘ触媒１４の温度が過度に上昇して、ＮＯｘ触媒１４が熱劣化するのを回避することが可能となる。
【００４３】
以上より、本制御によって、内燃機関１の置かれる大気圧が減少した場合にも、十分にＮＯｘ触媒１４の暖機を行うことが可能となり、以てＮＯｘ触媒１４による浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることを抑制することが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態においては、内燃機関１の置かれる大気圧またはＮＯｘ触媒１４の温度に基づいて、ＩＳＣ通路９ａを流れるＩＳＣ流量を補正するが、同様に内燃機関１の置かれる大気圧またはＮＯｘ触媒１４の温度に基づいて、吸気絞り弁６の開度を調整し、吸気管５を流れる吸入空気の流量を制御してもよい。即ち、内燃機関の１の置かれる大気圧が低くなるに従い、またはＮＯｘ触媒１４の温度が低温であるほど、吸気絞り弁６の開度を大きくし、吸気管５を流れる吸入空気の流量を増量する。
【００４５】
＜第２の実施の形態＞
触媒暖機制御の別の実施の形態について、図５に基づいて説明する。図５は、触媒暖機制御を示すフローチャートである。触媒暖機制御は、ＥＣＵ２０によって実行される。本実施の形態においては、触媒暖機時にアイドル運転状態にある内燃機関１の機関回転速度（以下、「アイドル回転速度」という）を補正することで、ＮＯｘ触媒１４の暖機を図る。以下に、詳細を説明する。
【００４６】
Ｓ２０１およびＳ２０２においては、先述したＳ１０１およびＳ１０２と同様に、内燃機関１の置かれる大気圧の検出、およびＮＯｘ触媒１４の温度の検出が行われる。Ｓ２０２の処理が終了後、Ｓ２０３へ進む。Ｓ２０３では、冷却水温度センサ２２によって、内燃機関１の冷却水温度が検出される。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ２０４へ進む。
【００４７】
Ｓ２０４では、Ｓ２０１において検出された大気圧に基づいて、最終アイドル回転速度用大気圧補正係数（以下、「ｋｎｔｃａｌ」という）を算出する。具体的には、先述した図３に示すグラフと同様に表される、内燃機関１の置かれる大気圧の基準大気圧に対する変動率と、ｋｎｔｃａｌとの関係に基づいて、ｋｎｔｃａｌが算出される。Ｓ２０４の処理が終了すると、Ｓ２０５へ進む。
【００４８】
Ｓ２０５では、Ｓ２０２において検出されたＮＯｘ触媒１４の温度に基づいて、最終アイドル回転速度用触媒温度補正係数（以下、「ｋｃａｔｔｅｍｐ２」という）を算出する。具体的には、先述した図４に示すグラフと同様に表される、ＮＯｘ触媒１４の温度と、ｋｃａｔｔｅｍｐ２との関係に基づいて、ｋｃａｔｔｅｍｐ２が算出される。Ｓ２０５の処理が終了すると、Ｓ２０６へ進む。
【００４９】
Ｓ２０６では、Ｓ２０３において検出された冷却水温度に基づいて、アイドル回転速度補正量（以下、「ｄｌｎｔ」という）を算出する。具体的には、図６に示すグラフに基づいて、ｄｌｎｔが算出される。図６は、冷却水温度と、ｄｌｎｔとの関係を示すグラフである。図６の横軸は、内燃機関１の冷却水温度を、縦軸は、ｄｌｎｔを表す。ここで、冷却水温度が８０℃以上となると、ＮＯｘ触媒１４の暖機は完了したとみなされ、ｄｌｎｔの値は０となる。Ｓ２０６の処理が終了すると、Ｓ２０７へ進む。
【００５０】
Ｓ２０７では、Ｓ２０４で算出したｋｎｔｃａｌとＳ２０５で算出したｋｃａｔｔｅｍｐ２に基づいて、Ｓ２０６で算出したｄｌｎｔの値を補正し、最終アイドル回転速度（以下、「ｎｔｃａｌ」という）として算出する。具体的には、以下の式２に基づいて算出する。
【００５１】
ｎｔｃａｌ＝ｎｔｂ＋ｄｌｎｔ＊（１＋ｋｎｔｃａｌ＊ｋｃａｔｔｅｍｐ２）・・・（式２）
【００５２】
式２において、ｎｔｂは、基本アイドル回転速度を表し、例えば内燃機関１を備える車両のシフト位置によって決まる基本となるアイドル回転速度である。従って、内燃機関１がアイドル運転状態にあるときの内燃機関１のアイドル回転速度は、この基本アイドル回転速度ｎｔｂと冷却水温度から算出される補正回転速度ｄｌｎｔとの和で表される回転速度である。即ち、冷却水温度が低いほどアイドル回転速度を上昇させることで、内燃機関１の暖機を促進する。
【００５３】
そして、更に、ＮＯｘ触媒１４の暖機時における内燃機関１のアイドル運転状態においては、補正回転速度ｄｌｎｔをｋｎｔｃａｌとｋｃａｔｔｅｍｐ２に基づいて補正する。即ち、ｋｎｔｃａｌの値とｋｃａｔｔｅｍｐ２の値が大きくなるに従い、最終アイドル回転速度ｎｔｃａｌの値が大きくなる。即ち、内燃機関１の置かれる大気圧が低くなるに従い、またはＮＯｘ触媒１４の温度が低温であるほど、ｎｔｃａｌの値が大きくなる。その結果、内燃機関１への吸入空気量が増加し、排気温度が上昇するため、ＮＯｘ触媒１４の温度が十分に行われる。
【００５４】
以上より、本制御によって、内燃機関１の置かれる大気圧が減少した場合にも、十分にＮＯｘ触媒１４の暖機を行うことが可能となり、以てＮＯｘ触媒１４による浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることを抑制することが可能となる。
【００５５】
＜第３の実施の形態＞
触媒暖機制御の別の実施の形態について、図７に基づいて説明する。図７は、触媒暖機制御を示すフローチャートである。触媒暖機制御は、ＥＣＵ２０によって実行される。尚、図７に示す触媒暖機制御のフローチャートにおいて、図５に示す触媒暖機制御のフローチャート中の処理と同一の処理については、図５と同一の参照番号を付すことにより、その説明を省略もしくは簡略する。本実施の形態においては、触媒暖機時に内燃機関１のアイドル回転速度を補正するとともに、内燃機関１での点火時期を補正することで、ＮＯｘ触媒１４の暖機を図る。以下に、詳細を説明する。
【００５６】
Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ３０１へ進む。Ｓ３０１では、内燃機関１の負荷率を検出する。ここで、内燃機関１の負荷率とは、吸気管５を流れる最大吸気量に対する、エアフローメータ８によって検出される現時点での吸気量の比率をいう。Ｓ３０１の処理が終了すると、Ｓ３０２へ進む。
【００５７】
Ｓ３０２では、Ｓ２０１において検出された大気圧に基づいて、点火時期用大気圧補正係数（以下、「ｋａｃａｔ」という）を算出する。具体的には、先述した図３に示すグラフと同様に表される、内燃機関１の置かれる大気圧の基準大気圧に対する変動率と、ｋａｃａｔとの関係に基づいて、ｋａｃａｔが算出される。Ｓ３０２の処理が終了すると、Ｓ３０３へ進む。
【００５８】
Ｓ３０３では、Ｓ２０２において検出されたＮＯｘ触媒１４の温度に基づいて、点火時期用触媒温度補正係数（以下、「ｋｃａｔｔｅｍｐ３」という）を算出する。具体的には、先述した図４に示すグラフと同様に表される、ＮＯｘ触媒１４の温度と、ｋｃａｔｔｅｍｐ３との関係に基づいて、ｋｃａｔｔｅｍｐ３が算出される。Ｓ３０３の処理が終了すると、Ｓ３０４へ進む。
【００５９】
Ｓ３０４では、Ｓ２０３において検出された冷却水温度とＳ３０１で検出された内燃機関１の負荷率に基づいて、内燃機関１での点火時期の基本遅角量（以下、「ａｃａｔｂ」という）を算出する。具体的には、図８に示すグラフに基づいて、ａｃａｔｂが算出される。図８は、内燃機関１の冷却水温度と、ａｃａｔｂとの関係を示すグラフである。図８の横軸は、内燃機関１の冷却水温度を、縦軸は、ａｃａｔｂを表す。また、図８中の線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は内燃機関の負荷率が２０％、４０％、６０％のときの冷却水温度に対するａｃａｔｂの変化をそれぞれ表す。従って、負荷率が２０％のときは、ａｃａｔｂの値は０となり、点火時期は遅角側へ移行されない。また、負荷率が高くなるに従い、遅角量が増える。Ｓ３０４の処理が終了すると、Ｓ３０５へ進む。
【００６０】
Ｓ３０５では、Ｓ３０２で算出したｋａｃａｔとＳ３０３で算出したｋｃａｔｔｅｍｐ３に基づいて、Ｓ３０４で算出したａｃａｔｂの値を補正し、最終遅角量（以下、「ａｃａｔ」という）として算出する。具体的には、以下の式３に基づいて算出する。
【００６１】
ａｃａｔ＝ａｃａｔｂ＊（１＋ｋａｃａｔ＊ｋｃａｔｔｅｍｐ３）・・・（式３）
【００６２】
式３においては、ｋａｃａｔの値とｋｃａｔｔｅｍｐ３の値が大きくなるに従い、最終遅角量ａｃａｔの値が大きくなる。即ち、内燃機関１の置かれる大気圧が低くなるに従い、またはＮＯｘ触媒１４の温度が低温であるほど、内燃機関１での点火時期が遅角側に移行する。その結果、排気温度が上昇し、以てＮＯｘ触媒１４の温度が上昇する。Ｓ３０５の処理が終了すると、Ｓ２０４、Ｓ２０５の処理が順次行われる。Ｓ２０５の処理が終了すると、Ｓ３０６へ進む。
【００６３】
Ｓ３０６では、Ｓ２０６とほぼ同様に、アイドル回転速度補正量を算出する。ただし、その算出にあたっては、Ｓ３０５によって算出された点火時期の遅角側への移行による排気温度の上昇を加味する。即ち、点火時期を遅角側に移行することによってＮＯｘ触媒１４に流入する排気の温度は上昇するため、最終的なアイドル回転速度を、点火時期を遅角側に移行しない場合に比べ、それほど上昇させる必要がない。そこで、図６に示す冷却水温度との関係から得られるｄｌｎｔから、点火時期の遅角量ａｃａｔに相当する回転速度分を減算した値を、アイドル回転速度補正量ｄｌｎｔ２として算出する。Ｓ３０６の処理が終了すると、Ｓ３０７へ進む。
【００６４】
Ｓ３０７では、Ｓ２０７と同様に、Ｓ３０６で算出したｄｌｎｔ２の値を補正し、最終アイドル回転速度（以下、「ｎｔｃａｌ２」という）として算出する。具体的には、以下の式４に基づいて算出する。
【００６５】
ｎｔｃａｌ２＝ｎｔｂ＋ｄｌｎｔ２＊（１＋ｋｎｔｃａｌ＊ｋｃａｔｔｅｍｐ２）・・・（式４）
【００６６】
これにより、内燃機関１の置かれる大気圧が低くなるに従い、またはＮＯｘ触媒１４の温度が低温であるほど、内燃機関１への吸入空気量が増加し、排気温度が上昇するため、ＮＯｘ触媒１４の温度が十分に行われる。
【００６７】
以上より、本制御によって、内燃機関１の置かれる大気圧が減少した場合にも、その大気圧の減少に応じてアイドル回転速度が上昇されるため、十分にＮＯｘ触媒１４の暖機を行うことが可能となり、以てＮＯｘ触媒１４による浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることを抑制することが可能となる。更に、内燃機関１での点火時期を遅角側に移行することで、ＮＯｘ触媒１４の温度をある程度上昇させることが可能となるため、ＮＯｘ触媒１４の暖機に要するアイドル回転速度の上昇量を減ずることが可能となる。その結果、アイドル回転速度の上昇に伴う騒音を低減することが可能となる。
【００６８】
また、本実施の形態においては、触媒暖機時のアイドル回転速度を決定する前に内燃機関１での点火時期を遅角側に移行することで、アイドル回転数速度の上昇量を減ずるが、図２に示す触媒暖機制御においてＩＳＣ流量の補正を行う前に、同様に内燃機関１での点火時期を遅角側に移行することで、ＩＳＣ流量の増量を抑制することも可能である。これにより、ＩＳＣ流量の増量による騒音を低減することが可能となる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒の暖機を行う内燃機関の触媒暖機システムにおいて、内燃機関の置かれる大気圧を考慮して、内燃機関への吸入空気量を補正する。これにより、内燃機関の置かれる大気圧が減少した場合にも、十分に排気浄化触媒の暖機を行い、排気浄化触媒による浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る触媒暖機システムおよび該触媒暖機システムを含む内燃機関およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る触媒暖機システムにおける、触媒の暖機を行う制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る触媒暖機システムにおいて、内燃機関の置かれる大気圧の基準大気圧に対する変動率と、ＩＳＣ流量用大気圧補正係数との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態に係る触媒暖機システムにおいて、触媒温度と、ＩＳＣ流量用触媒温度補正係数との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態に係る触媒暖機システムにおける、触媒の暖機を行う制御を示す第２のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態に係る触媒暖機システムにおいて、内燃機関の冷却水温度と、アイドル回転速度補正量との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係る触媒暖機システムにおける、触媒の暖機を行う制御を示す第３のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態に係る触媒暖機システムにおいて、内燃機関の冷却水温度と、内燃機関での点火時期の基本遅角量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
３・・・・点火栓
４・・・・吸気枝管
５・・・・吸気管
６・・・・吸気絞り弁
８・・・・エアフローメータ
９・・・・アイドル回転数制御装置（ＩＳＣ）
１２・・・・排気枝管
１３・・・・排気管
１４・・・・ＮＯｘ触媒
２０・・・・ＥＣＵ
２２・・・・冷却水温度センサ
２４・・・・排気温度センサ
２５・・・・大気圧センサ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気通路に設けられ、該内燃機関の運転状態に基づいて該内燃機関への吸入空気量を決定する吸入空気量制御手段と、
大気圧を検出する大気圧検出手段と、
前記排気浄化触媒の暖機時において、前記大気圧検出手段によって検出される大気圧が低くなるに従い前記吸入空気量制御手段によって決定される吸入空気量を増量する補正を行う吸入空気量補正手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の触媒暖機システム。
前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段を、更に備え、
前記吸入空気量補正手段は、前記排気浄化触媒の暖機時において、前記触媒温度推定手段によって推定される該排気浄化触媒の温度が上昇するに従い、前記大気圧検出手段によって検出される大気圧に従って補正された吸入空気量を減量する補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の触媒暖機システム。
前記吸入空気量補正手段は、前記排気浄化触媒の暖機時における前記内燃機関の吸気通路を流れる吸入空気の流量を増量することで該内燃機関への吸入空気量を増量することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の触媒暖機システム。
前記吸入空気量補正手段は、前記排気浄化触媒の暖機時における前記内燃機関の機関回転速度を増加することで該内燃機関への吸入空気量を増量することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の触媒暖機システム。
前記吸入空気量補正手段による補正が行われるときに、少なくとも前記大気圧検出手段によって検出される大気圧に基づいて、前記排気浄化触媒の暖機時における前記内燃機関での点火時期を遅角側に移行することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の触媒暖機システム。