(57)【要約】【課題】過剰な温度上昇を抑えつつ速やかに三元触媒装置を昇温する。【解決手段】燃料噴射弁１８が噴射した燃料を含む混合気を気筒１２で燃焼させずに排気通路２１に導入することで三元触媒装置２３を昇温する触媒昇温制御を実行する内燃機関１０の制御装置２７は、触媒昇温制御の開始から規定の空燃比切替時期までの第１期間には、同空燃比切替時期から前記触媒昇温制御の完了までの第２期間よりもリッチな空燃比となるように、触媒昇温制御の実行中の混合気の空燃比を制御する空燃比制御部２９を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁と、同燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気が導入される気筒と、同気筒に導入された混合気をスパークにより点火する点火装置と、前記気筒内から排出されたガスが流れる排気通路と、前記排気通路に設置された三元触媒装置と、を備える内燃機関に適用されて、前記燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気を前記気筒で燃焼させずに前記排気通路に導入することで前記三元触媒装置を昇温する触媒昇温制御を実行する内燃機関の制御装置において、
前記触媒昇温制御の開始から規定の空燃比切替時期までの第１期間には、同空燃比切替時期から前記触媒昇温制御の完了までの第２期間よりもリッチな空燃比となるように、前記触媒昇温制御の実行中の前記混合気の空燃比を制御する空燃比制御部を備える
内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記空燃比制御部は、前記触媒昇温制御の開始後の前記燃料噴射弁の燃料噴射量の積算値が規定の切替判定値以上となったときを前記空燃比切替時期とする
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記空燃比制御部は、前記触媒昇温制御の開始時における前記三元触媒装置の温度が低いときには同温度が高いときよりも大きい値を前記切替判定値の値として設定する
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記空燃比制御部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射量を制御することで前記空燃比の制御を行う
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記排気通路における前記三元触媒装置よりも下流側の部分にパティキュレート捕集用のフィルタを備えており、
且つ、当該制御装置は、前記フィルタのパティキュレート堆積量を推定するとともに、その推定したパティキュレート堆積量が規定値以上であることを条件に前記触媒昇温制御を実行する
請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に三元触媒装置が設置された火花点火式の内燃機関に適用される内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式の内燃機関は、気筒内に導入した空気と燃料との混合気を点火プラグのスパークにより点火することで燃焼を行っている。このとき、混合気中の燃料の一部の燃焼が不完全となり、炭素質の微粒子物質（以下、パティキュレートと記載する）が生成されることがある。
【０００３】
特許文献１には、排気通路に設置された三元触媒装置と、同排気通路における三元触媒装置よりも下流側の部分に設置されたパティキュレート捕集用のフィルタと、を備える車載用の火花点火式の内燃機関が記載されている。こうした内燃機関では、気筒内で生成されたパティキュレートをフィルタに捕集することで、同パティキュレートの外気放出を抑制できる。フィルタには捕集したパティキュレートが次第に堆積していくことから、その堆積を放置しておくと、やがて堆積したパティキュレートによってフィルタが目詰まりする虞がある。
【０００４】
これに対して同文献の内燃機関では、フィルタに堆積したパティキュレートの除去を下記の態様で行っている。すなわち、同文献の内燃機関では、車両の惰性走行中に、点火プラグのスパークを停止した状態で燃料噴射を実施して、未燃の混合気を三元触媒装置に導入するようにしている。未燃の混合気が導入されると、その混合気が三元触媒装置内で燃焼して同三元触媒装置の温度（以下、触媒温度と記載する）が上昇する。こうして触媒温度が高くなると、三元触媒装置から流出してフィルタに流入するガスの温度も高くなる。そして、その高温のガスの熱を受けてフィルタの温度がパティキュレートの発火点以上となると、フィルタに堆積したパティキュレートが燃焼浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／００４１３６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
触媒昇温制御の実行中に、三元触媒装置に導入する混合気の燃料濃度が高すぎると、触媒温度が上がり過ぎてしまう。一方、触媒温度が上がり過ぎないように触媒昇温制御中の混合気の燃料濃度を低下させると、触媒温度の上昇が遅くなって、触媒昇温制御の完了に時間が掛かるようになる。
【０００７】
なお、上記触媒昇温制御は、フィルタに堆積したパティキュレートの燃焼浄化以外の目的で実行することが考えられる。例えば、車両減速時の内燃機関の燃料カット中に触媒温度が低下して三元触媒装置の排気浄化能力が低下した場合に、触媒昇温制御を実行して三元触媒装置の排気浄化能力を回復することが考えられる。こうした場合にも、上記課題は同様に生じ得る。このように上記の課題は、目的の如何に依らず、三元触媒装置への未燃混合気の導入を通じた触媒昇温制御を行う場合に共通したものとなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁と、同燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気が導入される気筒と、同気筒に導入された混合気をスパークにより点火する点火装置と、気筒内から排出されたガスが流れる排気通路と、排気通路に設置された三元触媒装置と、を備える内燃機関に適用される。そして、同制御装置は、燃料噴射弁が噴射した燃料を含む混合気を気筒で燃焼させずに排気通路に導入することで三元触媒装置を昇温する触媒昇温制御を実行しており、触媒昇温制御の開始から規定の空燃比切替時期までの第１期間には、同空燃比切替時期から触媒昇温制御の完了までの第２期間よりもリッチな空燃比となるように、触媒昇温制御の実行中の上記混合気の空燃比を制御する空燃比制御部を備えている。
【０００９】
こうした場合、上記第１期間には、濃い混合気が三元触媒装置に導入されるため、触媒温度が速やかに高められる。一方、その後の第２期間には、第１期間よりも薄い混合気が三元触媒装置に導入されるため、触媒温度の上昇が抑えられる。そのため、過剰な温度上昇を抑制しつつ、三元触媒装置の早期昇温が可能となる。
【００１０】
触媒昇温制御開始後の触媒温度の上昇量は、三元触媒装置内で燃焼した燃料の量に、すなわち触媒昇温制御の開始後の燃料噴射弁の燃料噴射量の積算値に正の相関を持つ。そのため、上記内燃機関の制御装置における空燃比制御部を、触媒昇温制御の開始後の燃料噴射弁の燃料噴射量の積算値が規定の切替判定値以上となったときを空燃比切替時期とするように構成すれば、触媒昇温制御の開始後の触媒温度の上昇量に応じて空燃比の切替時期を設定できるようになる。
【００１１】
上記切替判定値を固定値とした場合、触媒昇温制御の開始時の触媒温度が低いときには、触媒温度が十分高まる前に空燃比が切り替えられてしまう。そしてその結果、三元触媒装置の昇温が不十分となったり、昇温の完了が遅れたりする虞がある。そこで、触媒昇温制御の開始時における三元触媒装置の温度が低いときには同温度が高いときよりも大きい値を切替判定値の値として設定するように上記空燃比制御部を構成するとよい。
【００１２】
なお、上記空燃比制御部による空燃比の制御は、例えば燃料噴射弁の燃料噴射量の制御を通じて行うことができる。
排気通路における三元触媒装置よりも下流側の部分にパティキュレート捕集用のフィルタを備える内燃機関では、触媒昇温制御により触媒温度を高めることで、フィルタに堆積したパティキュレートを燃焼浄化することができる。すなわち、触媒温度が高くなると、三元触媒装置から流出してフィルタに流入するガスが高温となり、その高温のガスの熱を受けてフィルタの温度が高くなる。そして、パティキュレートの発火点以上の温度にフィルタが昇温すると、同フィルタに堆積しているパティキュレートが燃焼して浄化されるようになる。こうしたフィルタを有した内燃機関では、フィルタに堆積したパティキュレートの燃焼浄化を目的として触媒昇温制御を行うことがある。こうした場合には、内燃機関の制御装置を、フィルタのパティキュレート堆積量を推定するとともに、その推定したパティキュレート堆積量が規定値以上であることを条件に触媒昇温制御を実行するように構成すれば、フィルタにおけるパティキュレートの堆積状況に応じた適宜な時期に触媒昇温制御を実行できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】内燃機関の制御装置の実施形態の構成の模式図。
【図２】空燃比と温度変化量との関係を示すグラフ。
【図３】上記制御装置が実行する触媒昇温制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】上記制御装置が触媒昇温制御において設定する切替判定値と同触媒昇温制御の開始時の触媒温度との関係を示すグラフ。
【図５】同制御装置の触媒昇温制御の実施態様を示すタイムチャート。
【図６】触媒昇温制御中の触媒温度の推移を示すタイムチャート。
【図７】触媒昇温制御の実施態様の変形例を示すタイムチャート。
【図８】触媒昇温制御の実施態様の他の変形例を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、内燃機関の制御装置の一実施形態を、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の制御装置が適用される内燃機関１０は、ピストン１１が往復動可能に収容された気筒１２を備える。ピストン１１は、コネクティングロッド１３を介してクランク軸１４に連結されている。そして、気筒１２内でのピストン１１の往復動がクランク軸１４の回転運動に変換される。
【００１５】
気筒１２には、空気の導入路である吸気通路１５が接続されている。吸気通路１５には、同吸気通路１５を流れる空気の流量（吸入空気量）を検出するエアフローメータ１６が設けられている。吸気通路１５におけるエアフローメータ１６よりも下流側の部分には、スロットルバルブ１７が設けられている。この内燃機関１０では、スロットルバルブ１７の開度制御により、吸入空気量が調整されている。また、吸気通路１５におけるスロットルバルブ１７よりも下流側の部分には、燃料噴射弁１８が設置されている。そして、燃料噴射弁１８が吸気通路１５を流れる空気中に燃料を噴射することで、空気と燃料との混合気が形成される。
【００１６】
気筒１２には、同気筒１２に対して吸気通路１５を開閉する吸気バルブ１９が設けられている。気筒１２には、吸気バルブ１９の開弁に応じて吸気通路１５から混合気が導入される。気筒１２には、スパークにより気筒１２内の混合気を点火して燃焼させる点火装置２０が設置されている。
【００１７】
気筒１２には、混合気の燃焼により生じた排ガスの排出路である排気通路２１が接続されている。また、気筒１２には、同気筒１２に対して排気通路２１を開閉する排気バルブ２２が設けられている。排気通路２１には、排気バルブ２２の開弁に応じて気筒１２内から排ガスが導入される。
【００１８】
排気通路２１には、排ガス中のＣＯ、ＨＣを酸化すると同時にＮＯｘを還元する三元触媒装置２３が設置されている。また、排気通路２１における三元触媒装置２３よりも下流側の部分には、パティキュレート捕集用のフィルタ２４が設置されている。さらに、排気通路２１における三元触媒装置２３よりも上流側の部分には、排気通路２１を流れるガスの酸素濃度を、すなわち混合気の空燃比を検出する空燃比センサ２５が設置されている。また、排気通路２１における三元触媒装置２３とフィルタ２４との間の部分には、三元触媒装置２３から流出したガスの温度（触媒出ガス温度）を検出する触媒出ガス温度センサ２６が設置されている。
【００１９】
内燃機関１０の制御装置２７は、制御のための演算処理を実行する演算処理回路と制御用のプログラムやデータを記憶したメモリとを有したマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置２７には、上述のエアフローメータ１６、空燃比センサ２５、触媒出ガス温度センサ２６の検出信号が入力されている。さらに制御装置２７には、クランク軸１４の回転角（クランク角）を検出するクランク角センサ２８の検出信号が入力されている。なお、制御装置２７は、クランク角の検出結果からクランク軸１４の回転速度（エンジン回転数）を演算している。そして、制御装置２７は、これらセンサの検出結果に基づき、スロットルバルブ１７の開度、燃料噴射弁１８の燃料噴射の量や時期、点火装置２０のスパークの実施時期（点火時期）等を制御することで、内燃機関１０の運転状態を制御している。
【００２０】
さて、上記のように内燃機関１０では、排ガス中のパティキュレートを排気通路２１に設置したフィルタ２４に捕集している。こうしたフィルタ２４のパティキュレートの堆積が進行すると、やがてはフィルタ２４が目詰まりしてしまう。
【００２１】
これに対して制御装置２７は、吸入空気量や燃料噴射量等の内燃機関１０の運転状況に基づいてフィルタ２４に堆積しているパティキュレートの量（ＰＭ堆積量）を推定している。そして、制御装置２７は、ＰＭ堆積量が規定値以上となった場合、三元触媒装置２３の温度（以下、触媒温度と記載する）を上昇させる触媒昇温制御を実行する。
【００２２】
制御装置２７は、触媒昇温制御の実行中、燃料噴射弁１８が噴射した燃料を含む混合気を気筒１２内で燃焼させずに排気通路２１に導入する燃料導入処理を実施する。燃料導入処理は、点火装置２０のスパークを停止した上で燃料噴射弁１８の燃料噴射を実行することで実施されている。こうした燃料導入処理により排気通路２１に未燃の混合気を導入すると、その混合気が三元触媒装置２３内で燃焼するようになる。このときの燃焼による発熱で触媒温度が高まると、三元触媒装置２３から流出してフィルタ２４に流入するガスの温度も高くなる。そして、流入する高温のガスにより、フィルタ２４が加熱されるようになる。これにより、パティキュレートの発火点以上の温度となるまでフィルタ２４が加熱されると、フィルタ２４に堆積したパティキュレートの燃焼浄化が可能となる。そこで、制御装置２７は、パティキュレートの発火点以上の温度にフィルタ２４を加熱可能な触媒温度として設定された目標温度まで三元触媒装置２３を昇温すべく触媒昇温制御を実行することで、フィルタ２４に堆積したパティキュレートを燃焼浄化するようにしている。
【００２３】
なお、触媒昇温制御での燃料導入処理では、内燃機関１０の燃焼運転が停止した状態で、ピストン１１の昇降によるポンプ作用により気筒１２内の混合気を排気通路２１に送り出す必要がある。そのため、触媒昇温制御は、外部の動力でクランク軸１４の回転を維持可能な状況のもとで行う必要がある。内燃機関１０が車両に搭載されたものである場合、車両の惰性走行中には、内燃機関１０の燃焼運転を停止しても、車輪から動力伝達によりクランク軸１４の回転を維持できる。よって、触媒昇温制御は、例えば、こうした車両の惰性走行中に実行することができる。また、内燃機関１０の他にモータが駆動源として搭載されたハイブリッド車両では、内燃機関１０の燃焼運転を停止した状態でモータの動力でクランク軸１４を回転できるものがある。こうしたハイブリッド車両では、モータの動力でクランク軸１４を回転しながら燃料導入処理を実施することが可能である。
【００２４】
制御装置２７には、触媒昇温制御中の燃料導入処理において排気通路２１に導入する混合気の空燃比を制御する空燃比制御部２９が設けられている。空燃比制御部２９は、エアフローメータ１６により検出された吸入空気量に応じて燃料噴射弁１８の燃料噴射量を制御することで、上記混合気の空燃比の制御を行っている。そして、空燃比制御部２９は、触媒昇温制御の開始から規定の空燃比切替時期までの第１期間には、同空燃比切替時期から触媒昇温制御の完了までの第２期間よりもリッチな空燃比となるように、触媒昇温制御の実行中の混合気の空燃比を制御している。なお、空燃比制御部２９は、上記第１期間における混合気の空燃比を下記の限界空燃比ＬＭＴとし、上記第２期間における混合気の空燃比を下記の収束空燃比ＣＯＮとするように、触媒昇温制御の実行中の空燃比制御を行っている。
【００２５】
図２には、三元触媒装置２３に流入する混合気の温度及び流量を一定した状態で、触媒温度が目標温度となった状態から上記燃料導入処理を一定の期間実施したときの混合気の空燃比と触媒温度の変化量との関係を示す。触媒昇温制御中の三元触媒装置２３の受熱量は、内部での混合気の燃焼による発熱量から、同三元触媒装置２３から流出するガスにより持ち去られる熱量を引いた差となる。この差がプラスの値となる場合には上記期間に触媒温度は目標温度から上昇し、同差がマイナスの値となる場合には上記期間に触媒温度は目標温度から低下することになる。さらに、上記差がゼロとなる場合には上記期間に触媒温度は目標温度に保持される。上述の収束空燃比ＣＯＮは、このときの触媒温度が目標温度に保持される混合気の空燃比とされている。
【００２６】
一方、混合気に含まれる燃料の全てを燃焼可能な量の酸素が混合気中に存在する理論空燃比よりもリーンな空燃比の範囲では、混合気の燃料濃度が高いほど、三元触媒装置２３内での混合気の燃焼による発熱量が増加するとともに、流出ガスの温度が高くなって熱の持ち去りが少なくなる。そのため、上記範囲内では、混合気の燃料濃度を濃くするほど、触媒昇温制御中に三元触媒装置２３を早期に昇温することが可能となる。ただし、混合気の燃料濃度がある程度よりも濃くなると、三元触媒装置２３の流入前に混合気が排気通路２１内で燃焼するアフターファイアの発生や、三元触媒装置２３内で燃え残った燃料の外気放出などの背反が発生するため、触媒昇温制御中の混合気の空燃比のリッチ化には限界がある。上述の限界空燃比ＬＭＴは、こうしたリッチ化の限界となる空燃比とされている。
【００２７】
図３に、触媒昇温制御の開始から完了までの制御装置２７の処理の流れを示す。なお、触媒昇温制御の途中で内燃機関１０の燃焼運転が再開される場合には、同制御の処理はその時点で強制的に終了される。そして制御装置２７は、その後に再び触媒昇温制御を実行する際には、図３に示す一連の処理を始めから実施する。
【００２８】
触媒昇温制御が開始されると、まずステップＳ１００において、現在の触媒温度が、すなわち触媒昇温制御の開始時における触媒温度（以下、開始温度と記載する）が取得される。なお、触媒温度は、内燃機関１０の運転状況や触媒出ガス温度センサ２６の検出結果から推定して求められている。そして、続くステップＳ１１０において、開始温度に基づき、切替判定値の値が設定される。
【００２９】
図４に示すように、開始温度と切替判定値との関係を示す。ここでは、燃料導入処理において、開始温度から規定の切替温度への触媒温度の上昇に必要な燃料噴射量の積算値を切替判定値の値として設定するようにしている。切替温度には、目標温度よりも若干低い温度が設定されている。ちなみに、開始温度が低いほど、切替温度と開始温度との差が大きくなり、開始温度から切替温度への触媒温度の上昇に必要な積算燃料噴射量が多くなる。そのため、図４に示すように、切替判定値の値には、開始温度が低いときには同開始温度が高いときよりも大きい値が設定されるようになっている。さらに、開始温度が切替温度以上の場合には「０」を切替判定値の値として設定している。
【００３０】
続いて、ステップＳ１２０において、空燃比制御部２９が混合気の空燃比を限界空燃比ＬＭＴに制御した状態で燃料導入処理が開始される。このときの混合気の空燃比を限界空燃比ＬＭＴに制御した状態での燃料導入処理は、積算燃料噴射量が切替判定値以上となる（Ｓ１３０：ＹＥＳ）まで継続される。
【００３１】
積算燃料噴射量が切替判定値以上となると（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、ステップＳ１４０において、空燃比制御部２９により、燃料導入処理での排気通路２１に導入する混合気の空燃比が限界空燃比ＬＭＴから収束空燃比ＣＯＮへと切り替えられる。その後、混合気の空燃比を収束空燃比ＣＯＮとした状態での燃料導入処理は、触媒温度が目標温度に到達して三元触媒装置２３の昇温が完了したと判定されるまで（Ｓ１５０：ＹＥＳ）継続される。なお、本実施形態では、ここでの昇温完了の判定を、触媒温度の推定結果に基づいて行っている。すなわち、触媒温度の推定値が目標温度以上となったときを、三元触媒装置２３の昇温が完了したときとしている。そして、三元触媒装置２３の昇温が完了したと判定されると、ステップＳ１６０において燃料導入処理が終了され、これをもって今回の触媒昇温制御は完了となる。
【００３２】
ちなみに、開始温度が切替温度以上であり、「０」が切替判定値の値として設定される場合には、空燃比を限界空燃比ＬＭＴに制御した状態での燃料導入処理（Ｓ１２０）は実際には行われず、空燃比を収束空燃比ＣＯＮに制御した状態での燃料導入処理（Ｓ１４０）が触媒昇温制御の開始時から実施される。
【００３３】
なお、制御装置２７は、触媒昇温制御を完了した時点で、内燃機関１０の燃焼停止を継続可能な場合には、触媒昇温制御に引き続き、触媒温度を目標温度に保持するための触媒保温制御を開始する。触媒保温制御は、排気通路２１に導入する未燃の混合気の空燃比を収束空燃比ＣＯＮに制御した状態で燃料導入処理を実施することで行われる。この触媒保温制御は、内燃機関１０の燃焼運転が再開されるか、フィルタ２４に堆積したパティキュレートの燃焼浄化が完了するかの何れかとなるまで続けられる。
【００３４】
続いて、本実施形態の作用及び効果を説明する。
図５には、時刻ｔ０に触媒昇温制御を開始した後、その完了まで空燃比を限界空燃比ＬＭＴとした状態で燃料導入処理を実施した場合の触媒温度の推移が二点鎖線で示されている。この場合には、アフターファイアや燃料の外気放出などを回避可能な限界まで空燃比をリッチ化した状態で燃料導入処理が行われるため、触媒温度の上昇は速くなる。ここでは、時刻ｔ２において触媒温度が目標温度に達した時点で燃料導入処理を終了して触媒昇温制御を完了している。ただし、燃料導入処理を終了しても、三元触媒装置２３での混合気の燃焼は直ちには止まらないため、時刻ｔ２以後もしばらくは触媒温度の上昇が続く。そのため、こうした場合には、触媒温度の上昇は速いものの、目標温度を超えて触媒温度が上がり過ぎてしまう虞がある。
【００３５】
また、図５には、時刻ｔ０に触媒昇温制御を開始した後、その完了まで空燃比を収束空燃比ＣＯＮとした状態で燃料導入処理を実施した場合の触媒温度の推移が点線で示されている。空燃比を収束空燃比ＣＯＮとした場合には、目標温度に達した時点で触媒温度の上昇が止まり、その後は触媒温度が目標温度に維持されるため、触媒温度が目標温度を超えて上がり過ぎる事態は生じない。しかしながら、この場合には、混合気の空燃比を限界空燃比ＬＭＴとした場合よりも、触媒温度の上昇が遅くなり、触媒昇温制御の完了に掛かる時間も長くなる。
【００３６】
これに対して本実施形態では、時刻ｔ０に触媒昇温制御の開始した後、同開始からの積算燃料噴射量が切替判定値に達する時刻ｔ１までの第１期間には、空燃比を限界空燃比ＬＭＴとした状態で燃料導入処理を行っている。そして、その時刻ｔ１から、触媒温度が目標温度に到達して触媒昇温制御を完了する時刻ｔ３までの第２期間には、空燃比を収束空燃比ＣＯＮとした状態で燃料導入処理を行っている。こうした場合、第１期間には触媒温度が速やかに上昇する。そして、触媒温度がある程度の温度（切替温度）まで上昇した時刻ｔ１以降の第２期間には、目標温度を超えないように触媒温度が緩やかに上昇する。そのため、過剰な温度上昇を抑えつつ、三元触媒装置２３を速やかに昇温することが可能となる。
【００３７】
図６には、本実施形態の内燃機関の制御装置において触媒昇温制御の開始時（ｔ１０）における触媒温度（開始温度）が或る温度ＴＨ１である場合（以下、この場合を高開始温度時と記載する）の触媒昇温制御中の触媒温度の推移が二点鎖線で示されている。また、図６には、本実施形態の内燃機関の制御装置において開始温度が温度ＴＨ１よりも低い温度ＴＨ２である場合（以下、この場合を低開始温度時と記載する）の触媒昇温制御中の触媒温度の推移が実線で示されている。本実施形態では、開始温度が低い場合には、同開始温度が高い場合よりも切替判定値に大きい値が設定される。そのため、低開始温度時には触媒昇温制御中の空燃比の切り替えが、高開始温度時の場合（時刻ｔ１１）よりも遅い時刻ｔ１２に行われるようになる。
【００３８】
さらに、図６には、切替判定値を固定値とした場合の低開始温度時における触媒昇温制御中の触媒温度の推移が点線で示されている。切替判定値を固定値とした場合には、低開始温度時にも高開始温度時と同じ時刻ｔ１１に空燃比の切り替えが行われる。一方、上述のように空燃比の切替後の第２期間には、同空燃比の切替前の第１期間よりも触媒温度の上昇速度が低くなる。そのため、こうした場合には、開始温度が低いときには、触媒温度が十分高まる前に空燃比が切り替えられてしまい、触媒昇温制御の完了が遅くなる。
【００３９】
これに対して、本実施形態では、開始温度に応じて切替判定値を変えることで、空燃比の切替時の触媒温度が開始温度によって大きく変わらないようにしている。そのため、開始温度が低い場合に触媒昇温制御の完了が大幅に遅れないようにすることができる。
【００４０】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、積算燃料噴射量が切替判定値以上となった時点で、排気通路２１に導入する未燃の混合気の空燃比を、限界空燃比ＬＭＴから収束空燃比ＣＯＮへと直ちに切り替えていた。第２期間の開始後の一定の期間を、混合気の空燃比を限界空燃比ＬＭＴよりもリーン、且つ収束空燃比ＣＯＮよりもリッチな空燃比とする移行期間としてもよい。図７には、こうした移行期間において空燃比を限界空燃比ＬＭＴ空燃比から収束空燃比ＣＯＮへと徐々に変化させる場合の触媒昇温制御中の空燃比の制御態様が示されている。また、図８には、移行期間において空燃比を限界空燃比ＬＭＴよりもリーン、且つ収束空燃比ＣＯＮよりもリッチな空燃比に保持する場合の触媒昇温制御中の空燃比の制御態様が示されている。
【００４１】
・上記実施形態では、排気通路２１に導入する未燃の混合気の空燃比を限界空燃比ＬＭＴから収束空燃比ＣＯＮに切り替える時期（空燃比切替時期）を、触媒昇温制御の開始からの積算燃料噴射量に基づき決定していたが、それ以外の方法で空燃比切替時期を決定するようにしてもよい。例えば空燃比切替時期を、触媒温度に基づき決定したり、触媒昇温制御開始後の経過時間に基づき決定したり、することが考えられる。
【００４２】
・上記実施形態における空燃比制御部２９は、第１期間にはリッチ化の限界となる空燃比である限界空燃比ＬＭＴとし、第２期間には触媒温度が目標温度に収束する空燃比である収束空燃比ＣＯＮとするように、触媒昇温制御中に排気通路２１に導入する未燃の混合気の空燃比を制御していた。第１期間及び第２期間のそれぞれにおける空燃比としては、第１期間の空燃比が第２期間の空燃比よりもリッチな空燃比となる限りにおいて、限界空燃比ＬＭＴや収束空燃比ＣＯＮ以外の適宜な値をそれぞれ設定してもよい。
【００４３】
・上記実施形態における空燃比制御部２９は、燃料噴射弁１８の燃料噴射量の制御を通じて、触媒昇温制御中に排気通路２１に導入する未燃の混合気の空燃比を制御していたが、スロットルバルブ１７の開度制御など他の方法で同空燃比の制御を行うことも可能である。
【００４４】
・上記実施形態では、点火装置２０スパークを停止した状態で燃料噴射を行うことで、排気通路２１に未燃の混合気を導入していた。なお、点火装置２０のスパークにより気筒１２内の混合気の点火が可能な時期は、圧縮上死点付近の期間に限られている。すなわち、スパークを実行しても気筒１２内での混合気が燃焼しない期間が存在する。よって、そうした期間に点火装置２０のスパークを実行しつつ、燃料噴射を行うことでも、未燃の混合気を排気通路２１に導入する燃料導入処理は実施できる。
【００４５】
・上記実施形態では、フィルタ２４に堆積したパティキュレートを燃焼浄化するために触媒昇温制御を行うようにしていた。それ以外の目的で三元触媒装置２３を昇温する場合にも、上記実施形態での触媒昇温制御を採用することができる。例えば、触媒温度が低下して三元触媒装置２３の排気浄化能力が低下したときに、同排気浄化能力を回復するために触媒昇温制御を行うことが考えられる。
【００４６】
・上記実施形態では、触媒昇温制御の完了後に引き続き触媒保温制御を行って、触媒温度を目標温度に保持するようにしていた。触媒温度を目標温度に上昇した後、同触媒温度を目標温度に保持する必要が無いのであれば、触媒昇温制御の完了後に触媒保温制御を実行しないようにしてもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、燃料噴射弁１８による吸気通路１５内への燃料噴射を通じて燃料導入処理を実施していたが、気筒１２内に燃料を噴射する筒内噴射式の燃料噴射弁を備える内燃機関において気筒１２内への燃料噴射を通じて燃料導入処理を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０…内燃機関、１１…ピストン、１２…気筒、１３…コネクティングロッド、１４…クランク軸、１５…吸気通路、１６…エアフローメータ、１７…スロットルバルブ、１８…燃料噴射弁、１９…吸気バルブ、２０…点火装置、２１…排気通路、２２…排気バルブ、２３…三元触媒装置、２４…パティキュレート捕集用のフィルタ、２５…空燃比センサ、２６…触媒出ガス温度センサ、２７…制御装置、２８…クランク角センサ、２９…空燃比制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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