(57)【要約】【課題】排気エミッションの悪化を抑制しつつ排気浄化触媒を速やかに暖機することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】排気通路４に設けられて通電により昇温可能なＥＨＣ１０を備えた内燃機関１に適用され、ＥＨＣ１０への通電が行われているときにＥＨＣ１０に炭化水素が供給されるように内燃機関１の運転状態を制御する制御装置において、ＥＨＣ１０に異常がある場合にはＥＨＣ１０に異常が無い場合と比較してＥＨＣ１０への通電が行われているときにＥＨＣ１０に供給される炭化水素の量が減少するように気筒２ａ内における燃焼状態が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられて通電により昇温可能な排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒への通電及びその停止を制御する加熱制御手段と、前記加熱制御手段が前記排気浄化触媒への通電を行っているときに前記排気浄化触媒に炭化水素が供給されるように前記内燃機関の運転状態を制御する機関制御手段と、を備え、
前記機関制御手段は、前記排気浄化触媒の異常の有無を判定する異常判定手段と、前記異常判定手段が前記排気浄化触媒に異常があると判断した場合には前記異常判定手段が前記排気浄化触媒に異常が無いと判断した場合と比較して前記加熱制御手段が前記排気浄化触媒への通電を行っているときに前記排気浄化触媒に供給される炭化水素の量が減少するように前記内燃機関の気筒内における燃焼状態を制御する炭化水素量調整手段と、を備えている内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記加熱制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時に前記排気浄化触媒への通電を行う請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記気筒内における燃焼状態を反映して変化する物理量を検出する燃焼状態検出手段をさらに備え、
前記炭化水素量調整手段は、前記燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて前記気筒内の燃焼状態を制御することにより前記排気浄化触媒に供給される炭化水素の量を調整する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関には、吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を介して前記排気通路から前記吸気通路に導かれる排気の流量を調整するＥＧＲ弁と、が設けられ、
前記炭化水素量調整手段は、前記ＥＧＲ弁の開度を変更して前記気筒内の燃焼状態を制御することにより前記排気浄化触媒に供給される炭化水素の量を調整する請求項１〜３のいずれか一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、通電により昇温可能な排気浄化触媒が排気通路に設けられた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通電により昇温することが可能な排気浄化触媒が排気通路に設けられ、触媒の温度が低い冷間始動時等に触媒を速やかに昇温すべく電源から触媒に電気を供給する内燃機関が知られている。例えば、ヒータと触媒とを有する電気加熱触媒が排気通路に設けられるとともに電圧が異なる２つの電圧系統を有し、高電圧の電圧系統の電源からヒータに電気を供給して触媒を昇温する内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気浄化触媒を昇温する方法として、気筒内における燃料の燃焼状態を変化させて未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を排気浄化触媒に供給し、これらを排気浄化触媒で燃焼させて触媒を昇温する方法が知られている。通電により昇温可能な排気浄化触媒においては通電による昇温方法及び未燃ＨＣやＣＯの燃焼による昇温方法を併用することにより低温始動時等に迅速に排気浄化触媒を暖機することが可能となる。しかしながら、排気浄化触媒に異常があり通電による昇温が不十分な場合は排気浄化触媒で未燃ＨＣやＣＯが十分に燃焼せず、排気エミッションが悪化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、排気エミッションの悪化を抑制しつつ排気浄化触媒を速やかに暖機することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられて通電により昇温可能な排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒への通電及びその停止を制御する加熱制御手段と、前記加熱制御手段が前記排気浄化触媒への通電を行っているときに前記排気浄化触媒に炭化水素が供給されるように前記内燃機関の運転状態を制御する機関制御手段と、を備え、前記機関制御手段は、前記排気浄化触媒の異常の有無を判定する異常判定手段と、前記異常判定手段が前記排気浄化触媒に異常があると判断した場合には前記異常判定手段が前記排気浄化触媒に異常が無いと判断した場合と比較して前記加熱制御手段が前記排気浄化触媒への通電を行っているときに前記排気浄化触媒に供給される炭化水素の量が減少するように前記内燃機関の気筒内における燃焼状態を制御する炭化水素量調整手段と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の制御装置によれば、異常判定手段が排気浄化触媒に異常があると判断した場合には異常が無いと判断した場合と比較して排気浄化触媒に供給される炭化水素の量を減少させるので、排気浄化触媒が通電によって十分に昇温されていない場合でも炭化水素が大気に放出されることを抑制できる。そのため、排気エミッションが悪化することを抑制できる。また、本発明の制御装置によれば、排気浄化触媒への通電が行われているときは排気浄化触媒に炭化水素が供給されるので、通電及び炭化水素の燃焼の両方によって排気浄化触媒を昇温できる。そのため、排気浄化触媒を速やかに暖機することができる。
【０００８】
本発明の制御装置の一形態において、前記加熱制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時に前記排気浄化触媒への通電を行ってもよい（請求項２）。内燃機関の冷間始動時は、排気浄化触媒の温度も外気温まで低下していると予想される。そのため、このような場合に排気浄化触媒への通電を行うことにより、排気浄化触媒を速やかに暖機できる。また、これにより排気エミッションが悪化することを抑制できる。
【０００９】
本発明の制御装置の一形態においては、前記気筒内における燃焼状態を反映して変化する物理量を検出する燃焼状態検出手段をさらに備え、前記炭化水素量調整手段は、前記燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて前記気筒内の燃焼状態を制御することにより前記排気浄化触媒に供給される炭化水素の量を調整してもよい（請求項３）。このように燃焼状態検出手段の検出結果に基づいて燃焼状態をフィードバック制御することにより、内燃機関の運転状態に与える影響を抑制しつつ燃焼状態を制御することができる。
【００１０】
本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関には、吸気通路と前記排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を介して前記排気通路から前記吸気通路に導かれる排気の流量を調整するＥＧＲ弁と、が設けられ、前記炭化水素量調整手段は、前記ＥＧＲ弁の開度を変更して前記気筒内の燃焼状態を制御することにより前記排気浄化触媒に供給される炭化水素の量を調整してもよい（請求項４）。排気通路から吸気通路に還流される排気の流量を調整することによって空燃比や筒内の燃焼温度を制御できる。そのため、ＥＧＲ弁の開度を変更することにより燃焼状態を制御することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の制御装置によれば、異常判定手段が排気浄化触媒に異常があると判断した場合には異常が無いと判断した場合と比較して排気浄化触媒に供給される炭化水素の量を減少させるので、排気エミッションが悪化することを抑制できる。また、本発明の制御装置によれば、排気浄化触媒への通電が行われているときは排気浄化触媒に炭化水素が供給されるので、排気浄化触媒を速やかに暖機することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示す図。
【図２】図１の内燃機関の電気系の一部を示す図。
【図３】図１のＥＣＵが実行する触媒診断ルーチンを示すフローチャート。
【図４】検出する電圧及び電流を説明するための図。
【図５】図１のＥＣＵが実行する触媒暖機ルーチンを示すフローチャート。
【図６】気筒内における燃焼状態と気筒から排気通路に排出される未燃ＨＣの量との関係の一例を示す図。
【図７】クランク軸の角速度の時間変化の一例を示す図。
【図８】本発明の第２の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示す図。
【図９】図８のＥＣＵが実行する触媒暖機ルーチンを示すフローチャート。
【図１０】ＥＨＣが正常な場合にＥＣＵが実行する触媒暖機ルーチンを示すフローチャート。
【図１１】燃焼時に発生するケミカルイオンを説明するための図。
【図１２】燃焼時に発生するサーマルイオンを説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数（図１では４つ）の気筒２ａを有する機関本体２と、各気筒２ａにそれぞれ接続された吸気通路３及び排気通路４とを備えている。吸気通路３には、吸気の流量を調整するためのスロットルバルブ５と、ターボ過給機６のコンプレッサ６ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ７とが設けられている。排気通路４には、ターボ過給機６のタービン６ｂと、排気を浄化するための触媒コンバータ８と、排気通路４を閉じる全閉位置と排気通路４を開ける全開位置との間で開度を変更可能な排気遮断弁９とが設けられている。触媒コンバータ８には、排気流れ上流側から順に通電により昇温可能な触媒、すなわちＥＨＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｈｅａｔｅｄ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）１０と、排気中の粒子状物質を捕捉するパティキュレートフィルタ１１とが設けられている。ＥＨＣ１０は、電流を流すことにより発熱する担体に排気浄化用の触媒が担持されている周知のものである。なお、担体は通電により発熱する材料であればよく金属製でもよいし、セラミック製でもよい。
【００１４】
排気通路４と吸気通路３とは、ＥＧＲ通路１２にて接続されている。ＥＧＲ通路１２には、排気通路４から吸気通路３に導かれる排気（以下、ＥＧＲガスと称することがある。）を冷却するためのＥＧＲクーラ１３及びＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲ弁１４が設けられている。各気筒２ａには、気筒２ａ内に燃料を噴射するためのインジェクタ１５がそれぞれ設けられている。各インジェクタ１５は、インジェクタ１５に供給される高圧の燃料が蓄えられるコモンレール１６に接続されている。
【００１５】
図２は、エンジン１の電気系の一部を示している。この図に示したようにエンジン１には、オルタネータ１７と、低電圧バッテリ１８と、低電圧バッテリ１８よりも電圧が高い高電圧バッテリ１９とを備えている。低電圧バッテリ１８の電圧は例えば１２Ｖであり、高電圧バッテリ１９の電圧は例えば３６Ｖである。オルタネータ１７は、ロータ１７ａと、ステータ１７ｂとを備えている。ロータ１７ａは、車両の車輪の回転を伝達可能なようにエンジン１と車輪との間の動力伝達経路中に設けられている回転部材と接続されている。すなわち、オルタネータ１７は、回生発電が可能なようにエンジン１に設けられている。この図に示したようにオルタネータ１７と各バッテリ１８、１９とは選択スイッチ２０を介して接続されている。選択スイッチ２０は、オルタネータ１７の接続先を低電圧バッテリ１８又は高電圧バッテリ１９に選択的に切り替える。これによりオルタネータ１７で発生した電気の充電先を切り替えることができる。
【００１６】
この図に示したようにＥＨＣ１０は一対の端子１０ａ、１０ｂを備えている。一方の端子１０ａは高電圧バッテリ１９の正極と接続され、他方の端子１０ｂはスイッチ２１を介してアースに接続されている。高電圧バッテリ１９の負極もアースに接続されているので、スイッチ２１をオンの状態に切り替えるとＥＨＣ１０への通電が行われ、オフの状態に切り替えるとその通電が停止される。
【００１７】
スイッチ２１の動作は、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットであり、所定の制御プログラムに従ってスロットルバルブ５、排気遮断弁９、及びインジェクタ１５等の動作を制御することにより、エンジン１を目標とする運転状態に制御する。ＥＣＵ３０には、エンジン１の運転状態を判別するためにクランク軸の回転速度に対応した信号を出力するクランク角センサ３１、エンジン１の冷却水の温度に対応した信号を出力する水温センサ３２、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ３３、排気遮断弁９よりも上流の排気の圧力に対応した信号を出力する排気圧センサ３４、及びＥＨＣ１０の温度に対応した信号を出力する床温センサ３５等が接続されている。また、ＥＣＵ３０には、ＥＨＣ１０の一対の端子１０ａ、１０ｂ間の電圧に対応した信号を出力する電圧センサ３６、及びＥＨＣ１０に供給された電流に対応した信号を出力する電流センサ３７も接続されている。この他にもＥＣＵ３０には種々のセンサが接続されているが、それらの図示は省略した。
【００１８】
ＥＣＵ３０は、ＥＨＣ１０の暖機が必要な場合にはスイッチ２１をオンの状態に切り替えてＥＨＣ１０に電流を供給するとともにＥＨＣ１０に未燃ＨＣが供給されるようにエンジン１の運転状態を制御してＥＨＣ１０の昇温を行う。この際、ＥＣＵ３０はＥＨＣ１０に異常が有るか否かに応じてＥＨＣ１０に供給する未燃ＨＣの量を変更する。そこで、まずＥＨＣ１０の異常の有無を診断する方法について説明する。
【００１９】
図３は、ＥＣＵ３０がＥＨＣ１０に異常が有るか否か診断するために実行する触媒診断ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の運転状態に拘わりなくＥＣＵ３０の動作中は所定の周期で繰り返し実行される。このルーチンを実行することによりＥＣＵ３０が本発明の異常判定手段として機能する。
【００２０】
このルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でスイッチ２１がオンの状態に切り替えられてＥＨＣ１０への通電が行われているか否かを判定する。通電されていないと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、通電中と判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ３０はＥＨＣ１０の一対の端子１０ａ、１０ｂ間の電圧、ＥＨＣ１０に供給されている電流、及びＥＨＣ１０の温度を検出する。
【００２１】
続くステップＳ１３においてＥＣＵ３０は、検出した電圧及び電流に基づいてＥＨＣ１０の温度を算出する。図４及び以下の式（１）に示したように通電時にＥＨＣ１０に対して行われた仕事ＷＥＨＣは、電流ＩＥＨＣと電圧ＶＥＨＣの積を時間積分することにより求めることができる。そして、この式（１）に基づいて求めた式（２）によりＥＨＣ１０の温度を算出することができる。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
なお、式（２）においてｍはＥＨＣ１０の質量（ＥＨＣ  ｍａｓｓ）であり、αはＥＨＣ１０の比熱（ＥＨＣ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｈｅａｔ）である。また、ａ、ｂは定数（ｃｏｎｓｔａｎｔ）であり、ｔは時間（ｔｉｍｅ）である。
【００２４】
図３に戻って触媒診断ルーチンの説明を続ける。次のステップＳ１４においてＥＣＵ３０は、ＥＨＣ１０の温度変化が正常か否か判定する。ＥＨＣ１０が破損したり焼損したりした場合、一対の端子１０ａ、１０ｂ間が短絡したりこれらの端子１０ａ、１０ｂ間が電気的に切断されたりしてＥＨＣ１０の電気抵抗が変化し、ＥＨＣ１０が正常な場合の温度変化とは異なる温度変化を示す。そこで、予め実験等により正常なＥＨＣ１０に通電したときのＥＨＣ１０の温度の時間変化を求めてＥＣＵ３０のＲＯＭにマップとして記憶させておく。そして、このマップと算出した温度とを比較してそれらの間の差が予め設定した許容範囲より大きい場合にＥＨＣ１０に異常があると判断する。なお、許容範囲は誤診断を回避可能なように適宜に設定すればよい。
【００２５】
ＥＨＣ１０の温度変化に異常があると判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０はＥＨＣ１０に異常があることを示す異常フラグをオンの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、ＥＨＣ１０の温度変化が正常であると判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ３０は異常フラグをオフの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２６】
図５は、ＥＣＵ３０がＥＨＣ１０を暖機するために実行する触媒暖機ルーチンを示している。この触媒暖機ルーチンは、エンジン１の運転状態に拘わりなくＥＣＵ３０の動作中は所定の周期で繰り返し実行される。また、このルーチンはＥＣＵ３０が実行する他のルーチンと並行に実行される。
【００２７】
このルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ２１でエンジン１の状態を取得する。エンジン１の状態としては冷却水温及びＥＨＣ１０の温度等が取得される。次のステップＳ２２においてＥＣＵ３０は、所定の始動条件が成立した否かを判定する。始動条件は、例えばイグニッションスイッチがオンの状態に切り替えられた場合に成立する。また、エンジン１の運転中に所定の停止条件が成立するとエンジン１を停止させる、いわゆるアイドルストップ制御が適用されたエンジンでは、このアイドルストップ制御によってエンジン１を停止させているときに運転者によってアクセルペダル又はシフトギアが操作されるなど所定の再始動条件が成立した場合にも始動条件が成立したと判断してもよい。始動条件が不成立と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
一方、始動条件が成立したと判断した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ３０はエンジン１の温度が所定の判定温度より低い状態での始動、すなわち冷間始動か否か判定する。この判定は、例えばエンジン１の冷却水温に基づいて行えばよい。判定温度は、ＥＨＣ１０の暖機の要否を判定する判定基準として設定され、エンジン１の温度が判定温度以上であればＥＨＣ１０の暖機が不要と判断可能な値が設定される。冷間始動ではないと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、冷間始動であると判断した場合はステップＳ２４に進み、ＥＣＵ３０はスイッチ２１をオンの状態に切り替えてＥＨＣ１０への通電を開始する。
【００２９】
次のステップＳ２５においてＥＣＵ３０は、異常フラグがオンの状態か否か判定する。異常フラグがオフの状態であると判断した場合はステップＳ２６に進み、ＥＣＵ３０は正常時暖機制御を実行する。この正常時暖機制御では、各気筒２ａから排気通路４に未燃ＨＣが供給されるように気筒２ａ内における燃料の燃焼状態が制御される。具体的には、スロットルバルブ５及び排気遮断弁９の開度をそれぞれ制御し、吸入空気量を減少させて気筒２ａ内の空燃比をリッチ側に変化させるとともに排気通路４から気筒２ａ内に逆流する排気の流量を増加させる。図６は、気筒２ａ内における燃焼状態と気筒２ａから排気通路４に排出される未燃ＨＣの量との関係の一例を示している。周知のように燃焼状態が悪化すると図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）の変動率が増加するので、この図の横軸はＩＭＥＰの変動率でもある。この図に示したように未燃ＨＣは、スロットルバルブ５及び排気遮断弁９をそれぞれ閉じ側に制御して燃焼状態を悪化させるほど増加する。しかしながら、燃焼状態を過度に悪化させると失火が発生し、エンジン１が停止するおそれがある。そこで、この図において破線Ｌ以上で失火が発生する場合には、正常時暖機制御ではＩＭＥＰ変動率が正常時制御範囲Ａ内になるように燃焼状態を制御する。
【００３０】
続くステップＳ２７においてＥＣＵ３０は、気筒２ａ内における燃料の燃焼状態を検出する。周知のように燃焼状態が変化するとエンジン１の運転状態が変化するので、クランク軸の角速度が変化する。図７は、クランク軸の角速度の時間変化の一例を示している。燃焼状態が良好の場合はエンジン１の運転状態が安定しているので、角速度の変動は小さい。一方、燃焼状態が悪化するに従ってエンジン１の運転状態が不安定になるので、角速度の変動が大きくなる。そのため、例えばこの図に破線で囲んで部分のように角速度がそれまでとは異なる変化を示した回数に基づいて燃焼状態を検出できる。上述したように燃焼状態はＩＭＥＰの変動率で示すことができる。そこで、角速度の変化した回数に基づいてＩＭＥＰの変動率を算出する。これにより燃焼状態が検出される。なお、角速度の変化した回数とＩＭＥＰの変動率との関係については予め実験や数値計算などにより求めてＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておけばよい。このように燃焼状態を検出することにより、クランク軸の角速度が本発明の気筒２ａ内における燃焼状態を反映して変化する物理量に相当し、クランク角センサ３１及びＥＣＵ３０が本発明の燃焼状態検出手段に相当する。
【００３１】
次のステップＳ２８においてＥＣＵ３０は、検出した燃焼状態が正常時暖機制御において制御すべき目標燃焼状態か否か判断する。すなわち、ＩＭＥＰの変動率が図６の正常時制御範囲Ａ内か否か判断する。検出した燃焼状態が目標燃焼状態ではないと判断した場合はステップＳ２６に戻り、検出した燃焼状態が目標燃焼状態になるまでステップＳ２６〜Ｓ２８を繰り返し実行する。一方、検出した燃焼状態が目標燃焼状態であると判断した場合はステップＳ２９に進み、ＥＣＵ３０はＥＨＣ１０の暖機が完了したか否か判定する。ＥＨＣ１０の暖機は、例えばＥＨＣ１０の温度がＥＨＣ１０の活性温度以上になった場合に完了したと判断される。暖機が未完了と判断した場合はステップＳ２６に戻り、暖機が完了するまでステップＳ２６〜Ｓ２９を繰り返し実行する。
【００３２】
一方、ステップＳ２５において異常フラグがオンの状態であると判断した場合はステップＳ３０に進み、ＥＣＵ３０は異常時暖機制御を実行する。上述したようにＥＨＣ１０に異常がある場合は通電による昇温が正常に実施されていないおそれがある。そこで、異常時暖機制御では、気筒２ａ内の燃料の燃焼状態すなわちＩＭＥＰ変動率が図６の異常時制御範囲Ｂ内になるように燃焼状態を制御し、ＥＨＣ１０が正常な場合と比較してＥＨＣ１０に供給する未燃ＨＣの量を減少させる。燃焼状態の制御は、上述した正常時暖機制御と同様にスロットルバルブ５及び排気遮断弁９の開度に変化させることにより行えばよい。
【００３３】
続くステップＳ３１においてＥＣＵ３０は、気筒２ａ内における燃料の燃焼状態を検出する。この処理では上述したステップＳ２７と同様の処理が行われる。次のステップＳ３２においてＥＣＵ３０は、検出した燃焼状態が異常時暖機制御において制御すべき目標燃焼状態か否か判断する。すなわち、ＩＭＥＰの変動率が図６の異常時制御範囲Ｂ内か否か判断する。検出した燃焼状態が目標燃焼状態ではないと判断した場合はステップＳ３０に戻り、検出した燃焼状態が目標燃焼状態になるまでステップＳ３０〜Ｓ３２を繰り返し実行する。一方、検出した燃焼状態が目標燃焼状態であると判断した場合はステップＳ３３に進み、ＥＣＵ３０はＥＨＣ１０の暖機が完了したか否か判定する。この処理では上述したステップＳ２９と同様の処理が行われる。暖機が未完了と判断した場合はステップＳ３０に戻り、暖機が完了するまでステップＳ３０〜Ｓ３３を繰り返し実行する。
【００３４】
ステップＳ２９又はＳ３３で暖機が完了したと判断した場合はステップＳ３４に進み、ＥＣＵ３０は暖機終了制御を実行する。この暖機制御終了制御では、スイッチ２１がオフの状態に切り替えられてＥＨＣ１０への通電が停止される。また、気筒２ａ内における燃料の燃焼状態が良好になるようにスロットルバルブ５及び排気遮断弁９の開度が調整される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３５】
以上に説明したように第１の形態に係る制御装置によれば、ＥＨＣ１０が正常な場合はＥＨＣ１０への通電を行うとともに気筒２ａ内における燃料の燃焼状態を悪化させて未燃ＨＣをＥＨＣ１０に供給するので、ＥＨＣ１０を迅速に暖機できる。一方、ＥＨＣ１０に異常がある場合はＥＨＣ１０が正常な場合と比較してＥＨＣ１０への通電時にＥＨＣ１０に供給する未燃ＨＣの量を減少させるので、未燃ＨＣが大気に排出されることを十分に抑制できる。そのため、排気エミッションの悪化を抑制できる。なお、図５のステップＳ２５〜Ｓ３３を実行することにより、ＥＣＵ３０が本発明の機関制御手段及び炭化水素量調整手段として機能する。また、図５のステップＳ２４及びＳ３４を実行することにより、ＥＣＵ３０が本発明の加熱制御手段として機能する。
【００３６】
また、この制御装置では、気筒２ａ内における燃料の燃焼状態を制御する場合、クランク角の角速度に基づいて燃焼状態を検出し、その検出結果に基づいて燃焼状態をフィードバック制御するので、エンジン１の運転状態に与える影響を抑制しつつ燃焼状態を制御することができる。
【００３７】
（第２の形態）
次に図８及び図９を参照して本発明の第２の形態に係る制御装置について説明する。図８は、この形態に係る制御装置が組み込まれたエンジン１を示している。なお、図８において上述した形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示したように第２の形態では、排気通路４と吸気通路３とが低圧ＥＧＲ通路４０及び高圧ＥＧＲ通路４１で接続されている点が異なる。低圧ＥＧＲ通路４０は、排気通路４のうち触媒コンバータ８よりも下流の区間と吸気通路３のうちコンプレッサ６ａよりも上流の区間とを接続している。高圧ＥＧＲ通路４１は、排気通路４のうちタービン６ｂよりも上流の区間と吸気通路３のうちインタークーラ７よりも下流の区間とを接続している。低圧ＥＧＲ通路４０には、低圧ＥＧＲクーラ４２及び低圧ＥＧＲ弁４３が設けられている。高圧ＥＧＲ通路４１には、高圧ＥＧＲ弁４４が設けられている。低圧ＥＧＲクーラ４２は、上述した形態のＥＧＲクーラ１３と同じものである。低圧ＥＧＲ弁４３及び高圧ＥＧＲ弁４４は、上述した形態のＥＧＲ弁１４と同じものである。
【００３８】
また、この形態では触媒コンバータ８に酸化触媒５０が設けられている。酸化触媒５０は、ＥＨＣ１０とパティキュレートフィルタ１１との間に配置されている。触媒コンバータ８には、排気温度に対応した信号を出力する排気温センサ５１が設けられている。
【００３９】
図９は、この形態においてＥＣＵ３０が実行する触媒暖機ルーチンを示している。この図に示したようにこの形態の触媒暖機ルーチンでは、ステップＳ２６の処理に代えてステップＳ４０の処理が設けられ、ステップＳ３０の処理に代えてステップＳ４１の処理が設けられている点が第１の形態と異なる。それ以外は、第１の形態と同じである。そのため、この図において図５と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。なお、この形態においても、第１の形態と同様に図３に示した触媒診断ルーチンが所定の周期で繰り返し実行されている。
【００４０】
図９に示した触媒暖機ルーチンでは、ステップＳ２５において異常フラグがオフの状態であると判断した場合はステップＳ４０に進み、ＥＣＵ３０は正常時ＥＧＲ暖機制御を実行する。この正常時ＥＧＲ暖機制御では、各気筒２ａから排気通路４に未燃ＨＣが供給されるように気筒２ａ内の燃料の燃焼状態が制御されることは同じであるが、この際に低圧ＥＧＲ弁４３の開度を調整して燃焼状態を制御する点が異なる。周知のように燃焼状態はＥＧＲガスの量が多いほど悪化する。そこで、正常時ＥＧＲ暖機制御では、低圧ＥＧＲ弁４３を開き側に制御して燃焼状態を悪化させ、これにより未燃ＨＣをＥＨＣ１０に供給する。なお、この正常時ＥＧＲ暖機制御においてもＥＣＵ３０は、ＩＭＥＰ変動率が図６の正常時制御範囲Ａ内になるように燃焼状態を制御する。その後、ステップＳ２７に進み、以降は図５と同様に処理を進める。
【００４１】
一方、ステップＳ２５において異常フラグがオンの状態であると判断した場合はステップＳ４１に進み、ＥＣＵ３０は異常時ＥＧＲ暖機制御を実行する。この異常時ＥＧＲ暖機制御では、ＥＣＵ３０は低圧ＥＧＲ弁４３の開度を制御し、これによりＩＭＥＰ変動率が図６の異常時制御範囲Ｂ内になるように燃焼状態を制御する。その後、ステップＳ３１に進み、以降は図５と同様に処理を進める。
【００４２】
第２の形態では、低圧ＥＧＲ弁４３の開度を調整し、吸気通路３に還流される排気の量を調整することにより気筒２ａ内における燃料の燃焼状態を制御する。この場合、第１の形態と比較して制御対象を減らすことができるので、燃焼状態の制御を簡略化することができる。また、この第２の形態においてもＥＨＣ１０が正常な場合はＥＨＣ１０への通電を行うとともに気筒２ａ内における燃料の燃焼状態を悪化させて未燃ＨＣをＥＨＣ１０に供給するので、ＥＨＣ１０を迅速に暖機できる。一方、ＥＨＣ１０に異常がある場合はＥＨＣ１０が正常な場合と比較してＥＨＣ１０に供給する未燃ＨＣの量を減少させる。そのため、排気エミッションの悪化を抑制できる。
【００４３】
なお、この形態では、低圧ＥＧＲ弁４３に代えて高圧ＥＧＲ弁４４の開度を調整して気筒２ａ内における燃料の燃焼状態を制御してもよい。また、低圧ＥＧＲ弁４３及び高圧ＥＧＲ弁４４の両方の開度をそれぞれ制御して燃焼状態を制御してもよい。
【００４４】
上述した各形態では、ＥＨＣ１０の異常の有無に応じてＥＨＣ１０の暖機制御の内容を変更したが、ＥＨＣ１０に異常が無いことが判明している場合にはＥＣＵ３０は図１０に示した触媒暖機ルーチンを実行してＥＨＣ１０の暖機を行ってもよい。なお、図１０において図５と同一の処理には同一の符号を付して説明を省略する。また、エンジン１については図１が参照される。
【００４５】
図１０のルーチンにおいてＥＣＵ３０は、ステップＳ２４まで図５と同様に処理を進める。次のステップＳ５０においてＥＣＵ３０は、気筒２ａ内における燃料の燃焼状態が図６の正常時制御範囲Ａ内に移行するスロットルバルブ５の開度及び排気遮断弁９の開度をそれぞれ求め、これらの開度を目標開度に設定する。このようなスロットルバルブ５の開度及び排気遮断弁９の開度は、予め実験等により各弁５、９の開度を燃焼状態（ＩＭＥＰの変動率）との関係を求めてＥＣＵ３０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、そのマップを参照して求めればよい。
【００４６】
次のステップＳ５１においてＥＣＵ３０は、スロットルバルブ５の開度及び排気遮断弁９の開度がそれぞれ目標開度になるようにこれらの弁５、９の動作を制御する。続くステップＳ２７においてＥＣＵ３０は、気筒２ａ内における燃料の燃焼状態を検出する。次のステップＳ２８においてＥＣＵ３０は、検出した燃焼状態が正常時暖機制御において制御すべき目標燃焼状態か否か判断する。検出した燃焼状態が目標燃焼状態ではないと判断した場合はステップＳ５２に進み、ＥＣＵ３０は燃焼状態が目標燃焼状態になるようにスロットルバルブ５の開度及び排気遮断弁９の開度をそれぞれ補正する。具体的には、検出した燃焼状態が目標燃焼状態よりも悪化していた場合はスロットルバルブ５及び排気遮断弁９をそれぞれ開き側に制御する。一方、検出した燃焼状態が目標燃焼状態よりも良好であった場合はスロットルバルブ５及び排気遮断弁９をそれぞれ閉じ側に制御する。その後、ステップＳ２７に進む。
【００４７】
一方、検出した燃焼状態が目標燃焼状態であると判断した場合はステップＳ２９に進み、ＥＣＵ３０は暖機が完了したか否か判断する。暖機が完了していないと判断した場合は暖機が完了するまでステップＳ２９の処理を繰り返す。暖機が完了していると判断した場合はステップＳ３４に進み、ＥＣＵ３０は暖機終了制御を実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００４８】
ＥＨＣ１０が正常な場合はこの触媒暖機ルーチンを実行することでＥＨＣ１０への通電を行うとともに未燃ＨＣをＥＨＣ１０に供給できる。そのため、ＥＨＣ１０を迅速に暖機できる。
【００４９】
なお、図１０のルーチンでは、スロットルバルブ５の開度及び排気遮断弁９の開度を制御して燃焼状態を制御したが、上述した第２の形態と同様に低圧ＥＧＲ弁及び高圧ＥＧＲ弁の少なくともいずれか一方の開度を制御して燃焼状態を制御してもよい。
【００５０】
エンジン１の空燃比やＥＧＲガスの量を変更して燃焼状態を制御する場合、エンジン１の空燃比を過度にリッチにしたり、ＥＧＲガスの量を過度に増加させると燃焼状態が不安定になる。そこで、空燃比やＥＧＲガスの量の限界値を予め設定し、その限界値以下の範囲内で空燃比やＥＧＲガスの量を制御して燃焼状態を制御してもよい。この場合、燃焼状態が不安定になりエンジン１が停止することを防止できる。
【００５１】
エンジン１に吸気弁及び排気弁の開弁タイミングや開弁期間等の動弁特性を変更可能な可変動弁機構が設けられている場合は、ＥＧＲ弁やスロットルバルブと可変動弁機構とを併用して燃焼状態を制御してもよい。
【００５２】
周知のようにＥＨＣ１０は経年劣化する。また、ＥＨＣ１０を暖機する際の外気の条件やエンジン１の運転条件は一定ではない。そこで、これらＥＨＣ１０の劣化状態、外気条件、及びエンジン１の運転条件の変化に対応させるべくＥＨＣ１０の昇温状態に応じてＥＨＣ１０の暖機時にＥＨＣ１０に供給する電力及びＥＨＣ１０に供給する未燃ＨＣの量を変更してもよい。この場合、ＥＨＣ１０の暖機をより適切に行うことができる。
【００５３】
なお、空燃比やＥＧＲガスの量の限界値を予め設定し、その限界値以下の範囲内で空燃比やＥＧＲガスの量を制御して燃焼状態を制御すること、可変動弁機構を併用して燃焼状態を制御すること、及びＥＨＣ１０の昇温状態に応じてＥＨＣ１０の暖機時にＥＨＣ１０に供給する電力及びＥＨＣ１０に供給する未燃ＨＣの量を変更することは、上述した本発明の第１及び第２の形態に適用してもよい。
【００５４】
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の制御装置が適用される内燃機関は、ディーゼル機関に限定されない。気筒内の燃料混合気に点火プラグで点火する火花点火式の内燃機関に適用してもよい。
【００５５】
気筒内における燃料の燃焼状態を制御するために変更する制御パラメータは、空燃比やＥＧＲガスの流量に限定されない。燃焼状態に影響を与える種々の制御パラメータを操作して燃焼状態を制御してもよい。例えば、火花点火式の内燃機関では点火時期を変化させて燃焼状態を制御してもよい。また、インジェクタから噴射する燃料噴射量を変更して燃焼状態を制御してもよい。この他、各気筒の吸気弁及び排気弁の開弁タイミング等の動弁特性を可変動弁機構で変化させて燃焼状態を制御してもよい。
【００５６】
気筒内における燃料の燃焼状態を検出する方法は、上述したクランク軸の角速度に基づいて検出する方法に限定されない。例えば、気筒２ａ内の圧力を圧力センサで検出し、筒内圧力の変化に基づいて燃焼状態を検出してもよい。この場合、筒内圧が本発明の気筒内における燃焼状態を反映して変化する物理量に相当し、圧力センサが本発明の燃焼状態検出手段に相当する。また、例えば、図１１及び図１２に示すように燃料の燃焼時に発生するイオンを検出し、これらイオンの量に基づいて燃焼状態を検出してもよい。図１１に示すように燃焼時にはＣ３Ｈ３＋等のイオンが発生する。これらイオンが点火プラグの電極を通過するとイオン電流が発生する。そこで、燃焼火炎面が点火プラグの電極を通過する際に発生するイオン電流に基づいてイオンの量を検出する。そして、そのイオンの量に基づいて燃焼状態を検出してもよい。また、図１２に示すように２０００°Ｋ以上の燃焼ガス中においてはＮ２が熱解離してＮＯ２＋が発生する。そこで、上述した方法と同様にイオンによって発生するイオン電流を検出し、このイオン電流に基づいて燃焼状態を検出してもよい。この場合、各イオンが本発明の気筒内における燃焼状態を反映して変化する物理量に相当し、イオン電流を検出するセンサが本発明の燃焼状態検出手段に相当する。
【符号の説明】
【００５７】
１  内燃機関
２ａ  気筒
４  排気通路
１０  ＥＨＣ（排気浄化触媒）
３０  エンジンコントロールユニット（加熱制御手段、機関制御手段、異常判定手段、炭化水素量調整手段、燃焼状態検出手段）
３１  クランク角センサ（燃焼状態検出手段）
４０  低圧ＥＧＲ通路
４３  低圧ＥＧＲ弁
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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