(57)【要約】【課題】触媒が、暖機処理が不要となる状態に短時間に到達し、エンジン始動の際に、暖機状態の目標温度に達するまでに排出される排気ガス中の炭化水素の総排出量を低減できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】第１段階の触媒暖機制御運転では点火時期を遅角制御して触媒を高温の排気で暖機する。そして、エンジン始動後の経過時間ｔと冷却水温度に基づいて触媒入口温度を推定し、所定温度Ｔ１に達した時点で、第２段階の触媒暖機制御運転（燃料カット・リッチ制御）に切り換える。この第２段階の触媒暖機制御運転でリーン燃焼後の排気ガス中の酸素よりも大量の酸素を触媒に送り込み触媒において急速な酸化反応を生じさせる。約３秒後に、反応熱を考慮して推定演算された触媒入口温度が所定Ｔ２に達したとき、第３段階の触媒暖機制御運転（リーン・リッチ制御）に切替え、触媒出口温度が所定Ｔ２に達したとき、触媒暖機制御運転を終了する。【選択図】図３
2011069281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に触媒が設けられ、
前記触媒の入口部の温度が所定の温度に達すると、前記内燃機関の各気筒の空燃比をリーン側とリッチ側とに切替えて、余剰の酸素と未燃ガスを前記触媒に送り込むことにより、反応熱で前記触媒を暖機させるリーン・リッチ触媒暖機制御運転を行う内燃機関の制御装置において、
前記触媒の入口部の温度が第１の所定の温度に達したとき、前記内燃機関の各気筒を、燃料を供給しないで空気だけを吸気して排気させる燃料カットの気筒と、空燃比がリッチ側で燃焼させる気筒と、に切替えて、空燃比がリーン側のときの前記余剰の酸素よりも大量の酸素と未燃ガスとを前記触媒に送り込み、反応熱で急速に前記触媒を暖機させる燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転を行い、
前記触媒の入口部の温度が前記第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度に達したとき、前記リーン・リッチ触媒暖機制御運転に切替えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記触媒の入口部の温度を推定する触媒入口温度推定手段を備え、
該触媒入口温度推定手段によって推定された前記触媒の入口部の温度が前記第１の所定の温度に達したとき、前記燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転を行い、
前記触媒入口温度推定手段によって推定された前記触媒の入口部の温度が前記第２の所定の温度に達したとき、前記燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転から前記リーン・リッチ触媒暖機制御運転に切替え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。
【請求項３】
前記リーン・リッチ触媒暖機制御運転の場合、前記触媒の熱容量と、前記触媒の反応熱に応じて前記各気筒への燃料供給量を補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記触媒の入口部の温度と、前記内燃機関の排気ガス流量に基づいて前記触媒の出口部の温度を推定する触媒出口温度推定手段を備え、
前記触媒出口温度推定手段により推定された前記触媒の出口部の温度が、前記第２の所定の温度に達するまで、前記リーン・リッチ触媒暖機制御運転を続けることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の排気通路に触媒が設けられ、
前記触媒の入口部の温度を推定する触媒入口温度推定手段と、
前記触媒の入口部の温度と、前記内燃機関の排気ガス流量に基づいて前記触媒の出口部の温度を推定する触媒出口温度推定手段と、を備え、
前記内燃機関が始動された際、
前記触媒入口温度推定手段が推定した前記触媒の入口部の温度が、第１の所定の温度に達するまでは、点火時期遅角による触媒暖機制御運転を行い、
前記触媒入口温度推定手段が推定した前記触媒の入口部の温度が、前記触媒の入口部の温度が第１の所定の温度に達したとき、点火時期遅角による触媒暖機制御運転から、前記内燃機関の各気筒を、燃料を供給しないで空気だけを吸気して排気させる燃料カットの気筒と、空燃比がリッチ側で燃焼させる気筒と、に切替えて、大量の酸素と未燃ガスとを前記触媒に送り込み、反応熱で急速に前記触媒を暖機させる燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転に切替え、
さらに、前記触媒の入口部の温度が前記第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度に達したとき、前記内燃機関の各気筒の空燃比をリーン側とリッチ側とに切替えて、余剰の酸素と未燃ガスを前記触媒に送り込むことにより、反応熱で前記触媒を暖機させるリーン・リッチ触媒暖機制御運転を行うことを特徴とする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、車両の内燃機関の制御装置に関し、特に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を早期に暖機する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、エンジン本体から排気される排気ガスに含まれる有害成分を酸化・還元によって無害化して排気ガスを浄化する触媒装置が備わっている。触媒装置は、内部に備わる触媒の温度が低いと、排気ガスを効果的に浄化できないことから、例えば、内燃機関の始動時等、触媒の温度が低い場合は、触媒が所定の温度（活性化温度）に上昇するまで触媒装置を暖機する必要がある。
【０００３】
触媒装置を暖機する方法として、例えば、特許文献１には、リーン燃焼とリッチ燃焼を切り替えるように内燃機関をディザ制御して、リッチ燃焼での排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素が、触媒に捕捉され、リーン燃焼での排気ガスに含まれる余剰な酸素で酸化されるときの反応熱（酸化熱）で触媒を速やかに暖機する技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、リーン燃焼とリッチ燃焼が切り替わるディザ制御の場合、リーン燃焼する気筒の出力トルクとリッチ燃焼する気筒の出力トルクが異なって内燃機関にトルク変動が生じることから、特許文献１に開示される技術では、リーン燃焼する気筒の点火時期とリッチ燃焼する気筒の点火時期を調節して、リーン燃焼する気筒とリッチ燃焼する気筒の出力トルクを略同等にすることで、内燃機関に発生するトルク変動を抑制している。
【０００５】
また、特許文献２には、触媒の活性化温度よりも低い場合は、エンジンの点火時期を遅角させて、排気ガスの温度を上昇させるようにエンジンを制御し、排気ガスの温度で触媒を加熱し、所定の触媒温度以上になったとき、前記したリーン燃焼とリッチ燃焼を強制的に切替運転させるディザ制御を行い、触媒の前記した反応熱で更に触媒を昇温させる技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、触媒の早期暖機制御を、触媒暖機の進み具合に応じて３段階に分け、第１段階では、触媒温度が低く、酸化反応がほとんど発生しないため、エンジンの燃焼温度が最も高くなるように空燃比をストイキ（理論空燃比）付近に制御し、触媒を高温の排気ガスにより加熱する。その後、触媒が、排気ガス中のリッチ成分（炭化水素や一酸化炭素）を酸化浄化し始める程度まで暖機された頃に、空燃比を弱リーンに制御する第２段階の制御をする。これにより、触媒内で排気ガス中のリッチ成分を酸化反応させて、その反応熱で触媒を暖機する。その後、触媒が半暖機状態になる頃に、空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を行い触媒の暖機処理が不要になる状態になるまで続ける第３段階の制御を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３０８３１１号公報
【特許文献２】特開２００６−２２００２０号公報
【特許文献３】特開２００８−１９７９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３に開示される技術では、触媒の温度が、暖機処理が不要になる状態に達するまでの時間が掛かり過ぎるという課題があった。特に、触媒装置における後流側の部分はまだ半暖機状態の温度にも達しておらず、触媒の酸化反応による加熱による昇温が得られず、触媒装置の出口温度が目標とする暖機状態の温度に達する時間が長く掛かるという課題があった。
その結果、エンジン始動の際に、触媒装置が目標とする暖機状態の温度に達するまでに触媒装置を通過して排出される排気ガス中の炭化水素の総排出量が、十分に低減できていないという問題があった。
【０００９】
そこで本発明は、触媒が、暖機処理が不要となる状態に短時間に到達し、エンジン始動の際に、暖機状態の目標温度に達するまでに排出される排気ガス中の炭化水素の総排出量を低減できる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】
【００１０】
前記課題を解決するために請求項１に係わる発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に触媒が設けられ、触媒の入口部の温度が所定の温度に達すると、内燃機関の各気筒の空燃比をリーン側とリッチ側とに切替えて、余剰の酸素と未燃ガスを触媒に送り込むことにより、反応熱で触媒を暖機させるリーン・リッチ触媒暖機制御運転を行うものであって、
触媒の入口部の温度が第１の所定の温度に達したとき、内燃機関の各気筒を、燃料を供給しないで空気だけを吸気して排気させる燃料カットの気筒と、空燃比がリッチ側で燃焼させる気筒と、に切替えて、空燃比がリーン側のときの余剰の酸素よりも大量の酸素と未燃ガスとを触媒に送り込み、反応熱で急速に触媒を暖機させる燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転を行い、触媒の入口部の温度が第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度に達したとき、リーン・リッチ触媒暖機制御運転に切替えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、触媒の入口部の温度が第１の所定の温度に達したとき、内燃機関の各気筒を、燃料を供給しないで空気だけを吸気して排気させる燃料カットの気筒と空燃比がリッチ側で燃焼させる気筒と、に切替えて、リーン燃焼させたときの余剰酸素に比べて、燃焼が生じない燃料カットの気筒からの大量の酸素と、空燃比をリッチ側とされた気筒からの未燃ガスとを触媒に送り込み、反応熱で急速に触媒を暖機させる燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転を行うので、触媒における酸化反応が急速に進み、触媒を急速に昇温することができる。
また、触媒の入口部の温度が第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度に達したとき、リーン・リッチ触媒暖機制御運転に切替えることにより、触媒の入口部の温度が燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転の継続により過昇温して触媒が劣化することを防止できる。さらに、リーン・リッチ触媒暖機制御運転に切替えられた後は、触媒全体の昇温を穏やかにして、触媒暖機を行う時間を最短とすることができる。
【００１２】
請求項２に係わる発明の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、触媒の入口部の温度を推定する触媒入口温度推定手段を備え、触媒入口温度推定手段によって推定された触媒の入口部の温度が第１の所定の温度に達したとき、燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転を行い、触媒入口温度推定手段によって推定された触媒の入口部の温度が第２の所定の温度に達したとき、燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転からリーン・リッチ触媒暖機制御運転に切替えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転を行う期間を容易に設定することができる。
また、触媒の入口部の温度を直接測定する温度センサを必要としないので、コスト低減に寄与できる。
【００１４】
請求項３に係わる発明の内燃機関の制御装置は、請求項１または請求項２に記載の発明の構成に加え、リーン・リッチ触媒暖機制御運転の場合、触媒の熱容量と、触媒の反応熱に応じて各気筒への燃料供給量を補正することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、触媒の材料、大きさに応じて決まる触媒の熱容量、反応熱に基づいて、リーン・リッチ触媒暖機制御運転の場合の各気筒への燃料供給量を補正するので、触媒の材料、大きさに応じて、触媒暖機制御運転の期間を短くするようにできる。
【００１６】
請求項４に係わる発明の内燃機関の制御装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明の構成に加え、触媒の入口部の温度と、内燃機関の排気ガス流量に基づいて触媒の出口部の温度を推定する触媒出口温度推定手段を備え、触媒出口温度推定手段により推定された触媒の出口部の温度が、第２の所定の温度に達するまで、リーン・リッチ触媒暖機制御運転を続けることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、リーン・リッチ触媒暖機制御運転により、触媒の入口部の過剰な温度上昇を抑制しつつ、触媒の出口部まで第２の所定の温度に昇温できる。第１の所定温度を、触媒が活性化する温度として、例えば、２５０℃とし、第２の所定温度を５００℃とすると、リーン・リッチ触媒暖機制御運転中の触媒の入口部の温度は、５００℃を大きく超える温度まで昇温することは無く、過昇温による触媒の入口部の劣化を生じることなく、触媒全体の温度を５００℃以上に昇温することが短時間で可能となる。
【００１８】
請求項５に係わる発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に触媒が設けられ、触媒の入口部の温度を推定する触媒入口温度推定手段と、触媒の入口部の温度と、内燃機関の排気ガス流量に基づいて触媒の出口部の温度を推定する触媒出口温度推定手段と、を備え、
内燃機関が始動された際、触媒入口温度推定手段が推定した触媒の入口部の温度が、第１の所定の温度に達するまでは、点火時期遅角による触媒暖機制御運転を行い、
触媒入口温度推定手段が推定した触媒の入口部の温度が、触媒の入口部の温度が第１の所定の温度に達したとき、点火時期遅角による触媒暖機制御運転から、内燃機関の各気筒を、燃料を供給しないで空気だけを吸気して排気させる燃料カットの気筒と、空燃比がリッチ側で燃焼させる気筒と、に切替えて、大量の酸素と未燃ガスとを触媒に送り込み、反応熱で急速に触媒を暖機させる燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転に切替え、
さらに、触媒の入口部の温度が第１の所定の温度よりも高い第２の所定の温度に達したとき、内燃機関の各気筒の空燃比をリーン側とリッチ側とに切替えて、余剰の酸素と未燃ガスを触媒に送り込むことにより、反応熱で触媒を暖機させるリーン・リッチ触媒暖機制御運転を行うことを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、内燃機関が始動された際、触媒の入口部の温度が第１の所定の温度に達するまでは、点火時期遅角による触媒暖機制御運転を行い、排気ガスの温度をできるだけ高くして、触媒を排気ガスの温度で加熱し、触媒の入口部の温度が第１の所定の温度に達したとき、燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転に切替え、触媒の反応熱により急速に触媒を昇温し、触媒の入口部の温度が第１の所定の温度よりも高い、第２の所定の温度に達したとき、リーン・リッチ触媒暖機制御運転に切替え、触媒の反応熱により、燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転の場合よりも穏やかに触媒を昇温することができる。燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転の場合は、そのような触媒暖機制御運転を続けると、触媒の温度が５００℃を超えても急速に温度上昇し続けるのに対し、リーン・リッチ触媒暖機制御運転では、５００℃まで触媒の温度を上昇させるのに時間を要するものの、５００℃を大きく超えることはない。
その結果、リーン・リッチ触媒暖機制御運転により、触媒の入口部の過剰な温度上昇を抑制しつつ、触媒の出口部まで第２の所定の温度に昇温できる。第１の所定温度を、触媒が活性化する温度として、例えば、２５０℃とし、第２の所定温度を５００℃とすると、リーン・リッチ触媒暖機制御運転中の触媒の入口部の温度は、５００℃を大きく超える温度まで昇温することは無く、過昇温による触媒の入口部の劣化を生じることなく、触媒全体の温度を５００℃以上に昇温することが短時間で可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、触媒が、暖機処理が不要となる状態に短時間に到達し、エンジン始動の際に、暖機状態の目標温度に達するまでに排出される排気ガス中の炭化水素の総排出量を低減できる内燃機関の制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】内燃機関の構成例を示す図である。
【図２】図１に示した内燃機関の部分断面説明図である。
【図３】触媒暖機制御運転の概念説明図であり、（ａ）は、触媒暖機制御運転のタイムチャートであり、（ｂ）は、触媒装置において注目する触媒入口部、と触媒出口部の部位の説明図である。
【図４】触媒装置を暖機制御運転する制御の流れを示す全体フローチャートである。
【図５】触媒装置を暖機制御運転する制御の流れを示す全体フローチャートである。
【図６】触媒入口温度を推定演算する制御の流れを示す詳細フローチャートである。
【図７】（ａ）は、触媒入口温度を推定演算するための排気加熱マップの説明図、（ｂ）は、触媒出口温度を推定演算するための排気加熱マップの説明図である。
【図８】触媒出口温度を推定演算する制御の流れを示す詳細フローチャートである。
【図９】点火時期遅角制御の流れを示す詳細フローチャートである。
【図１０】燃料カット・リッチ制御の流れを示す詳細フローチャートである。
【図１１】リーン・リッチ制御（ディザ制御）の流れを示す詳細フローチャートである。
【図１２】触媒暖機制御運転の作用効果の説明図であり、（ａ）は、実施形態の場合の説明図、（ｂ）は、従来技術の説明図、（ｃ）は、ＨＣ排出量の積算値の実施形態と従来技術との比較説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。図１は、内燃機関の構成例を示す図であり、図２は、図１に示したエンジン本体の部分断面説明図である。
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関１は、例えば４つの気筒２ａを備える４気筒のエンジン本体２に、排気ターボチャージャー４０を備える過給直噴エンジンである。
エンジン本体２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Ｇ１の流量である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。吸気管１２は、排気ターボチャージャー４０のコンプレッサ４２の吸気側に接続し、コンプレッサ４２の吐出側に接続した吸気管１２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。
なお、コンプレッサ４２は、排気ターボチャージャー４０の後記するタービン４１のタービン軸４３により駆動される。
【００２３】
さらに、図２に示すようにスロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７（「吸気マニホールド」とも称する）が設けられ、このサージタンク１７に、吸気圧力（「吸気マニホールド圧」とも称する）を検出する吸気圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７とエンジン本体２のシリンダヘッド２ｂとの間には、エンジン本体２の各気筒２ａに空気を導入するように吸気マニホールド１９が配設されている。また、エンジン本体２のシリンダヘッド２ｂには、吸気弁２ｄ、排気弁２ｅ、各気筒２ａの燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２０、点火プラグ２１が取り付けられている。各点火プラグ２１は、ディストリビュータ２９を介して火花放電によって筒内の混合気に着火する。
【００２４】
内燃機関１は、燃料タンク３からフュエルポンプ４によって低圧供給管３１を介して高圧ポンプ５に送られた燃料Ｆｕは、エンジン本体２のカム軸２ｃによって駆動される高圧ポンプ５によりさらに昇圧されてデリバリパイプ６に送られる。デリバリパイプ６に送られた燃料Ｆｕの圧力は、プレッシャーレギュレータ７で調圧され、余分な燃料Ｆｕは戻り管３２を介して燃料タンク３に戻される。デリバリパイプ６からは高圧燃料供給管３３を介して各燃料噴射弁２０に燃料が供給される。
【００２５】
一方、エンジン本体２の各気筒２ａからの排気管（排気通路）２２は、集合して排気マニホールドにつながり、排気マニホールドからの排気集合管は排気ターボチャージャー４０のタービン４１の入口部に接続さている。各気筒２ａからの排気ガスは、タービン４１を駆動した後、排気ガスＧ２中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒等の触媒を含んだ触媒装置（触媒）２３導入される。この触媒装置２３の上流側に、排気ガスの空燃比またはリーン／リッチ等を検出する排気ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。
【００２６】
ちなみに、排気ターボチャージャー４０のタービン４２の吐出側から抽気管４６で抽気された圧が排気バイパスバルブコントローラ４４に印加されるように構成され、排気バイパスバルブ４５を駆動して、過剰な過給圧にならないように排気ガスを、タービン４１をバイパスさせて流すように構成されている。また、サージタンク１７には、過剰な吸気圧を逃すリリーフバルブ４７が設けられている。
なお、排気ターボチャージャー４０を備える内燃機関１では、排気ガスが触媒装置２３に至るまでの経路が長いこと、排気ガスの有するエネルギが排気ターボチャージャー４０に消費され、触媒装置２３に導入される時点での排ガス温度が低下すること等から触媒温度が上昇しにくいという傾向がある。
【００２７】
また、エンジン本体２のシリンダブロックには、冷却水温度を検出する水温センサ２５（図２参照）や、エンジン本体２のクランク軸が一定クランク角、例えば、６ｄｅｇ．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（図２参照）が取り付けられている。その他に、カム軸２ｃ（図２参照）には、ＴＤＣ（Top Dead Center）センサ２８（図２参照）が設けられている。このクランク角センサ２６の出力信号とＴＤＣセンサ２８の出力信号に基づいてクランク角がエンジン制御ＥＣＵ（Electric Control Unit）２７（以下「ＥＣＵ２７」と称する）で算出され、また、クランク角センサ２６の出力信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが算出される。ここでＥＣＵ２７が、特許請求の範囲に記載の「内燃機関の制御装置」に対応する。
なお、図１では、シリンダヘッドの位置に記載すべきカム軸２ｃを、図示上、少し離れたデリバリパイプ６近くの燃料高圧ポンプ５をカム駆動するように配置記載してある。
【００２８】
前記した各種センサ１４，１６，１８，２４，２５，２６，２８からの出力の他、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサやセレクトレバーの位置を検出するセレクトレバーポジションスイッチの出力や、吸気の温度を検出する吸気温センサ等が、ＥＣＵ２７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ている。マイクロコンピュータは、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）や周辺回路等から構成され、例えば、ＲＯＭに格納されているプログラムをＣＰＵが実行して、エンジン運転状態に応じてスロットルバルブ１５の開度や燃料噴射弁２０の燃料噴射量（燃料供給量）や点火プラグ２１の点火時期やプレッシャーレギュレータ７の設定圧を制御する。
【００２９】
ちなみに、ＥＣＵ２７には、燃料噴射弁２０を駆動する駆動回路や、それにバッテリからの電源を供給する電源回路を含んでいる。また、その電源回路は図示省略のイグニッション・スイッチ（以下、「ＩＧ＿ＳＷ」と称する）により、オン状態になり、前記した燃料噴射弁の駆動回路や、ディストリビュータ２９への給電もオン状態となる。
なお、図１では、ＥＣＵ２７から各燃料噴射弁２０を駆動するための電流供給線は簡略に表示してあるが、実際は、ＥＣＵ２７から各燃料噴射弁２０へ個別に接続されている。同様に、ディストリビュータ２９から点火プラグ２１への高圧印加線も図１では、簡略に表示してある。
【００３０】
ＥＣＵ２７は、後記する図４から図１１に示す触媒暖機制御用の各プログラムを実行することで、エンジン始動から触媒装置２３の暖機が完了するまで内燃機関１の触媒暖機制御運転の制御を実行する。
【００３１】
本実施形態では、図３に示すように内燃機関１の触媒暖機制御運転を触媒装置２３の暖機の進み具合に応じて３段階に分けて行う。図３は、触媒暖機制御運転の概念説明図であり、（ａ）は、触媒暖機制御運転のタイムチャートであり、（ｂ）は、触媒装置において注目する触媒入口部、と触媒出口部の部位の説明図である。
触媒暖機制御の初期、つまり、第１段階には、触媒装置２３に含まれる触媒の温度が低く、触媒装置２３内でリッチ成分の酸化反応がほとんど発生しないため、エンジン本体２の燃焼温度が最も高くなるように空燃比をストイキ付近（理論空燃比付近）に近い弱リーンとし、かつ、点火時期を遅角制御する点火時期遅角の暖機制御を行うことで、エミッションの増加を抑えながら、触媒装置２３を高温の排気ガスＧ２（図１参照）により暖機する。
この第１段階の触媒暖機制御運転を、内燃機関１の制御運転の観点からは「点火時期遅角制御」と称し、触媒装置２３の加熱方法の観点からは「排気ガス温度上昇制御」と称する。この第１段階の触媒暖機制御運転が、特許請求の範囲に記載の「点火時期遅角による触媒暖機制御運転」に対応する。
【００３２】
そして、エンジン始動後の経過時間ｔと水温センサ２５からの冷却水温度Ｔｗに基づいて触媒装置２３の入口部の温度である触媒入口温度（触媒の入口部の温度）Ｔｅｎｔを推定し、触媒入口温度Ｔｅｎｔが排気ガス中のリッチ成分を酸化浄化し始める所定温度Ｔ１（第１の所定の温度）、例えば、２５０℃に達した時点で、第１段階の触媒暖機制御運転（点火時期遅角制御）から第２段階の触媒暖機制御運転に切り換える。この第２段階の触媒暖機制御運転を、内燃機関１の制御運転の観点からは「燃料カット・リッチ制御」と称し、触媒装置２３の加熱方法の観点からは「触媒内反応熱による昇温（１）」と称する。
この第２段階の燃料カット・リッチ制御では、触媒装置２３の酸化反応を促進するために、クランク角センサ２６、ＴＤＣセンサ２８の信号に基づいて、圧縮行程の上死点に近づく気筒を判別し、吸気弁２ｄ、排気弁２ｅは動作させるが燃料噴射弁２０からは燃料噴射させない燃料カットの気筒２ａと、空燃比をストイキよりもリッチとするように燃料噴射をさせる気筒２ａを、例えば、交互に繰り返すエンジン本体２の運転制御をする。
ここで、触媒入口温度Ｔｅｎｔは、図２、図３に示すように、直列に２段で構成された触媒の１段目の触媒の軸方向中央部（触媒入口部）Ｐｏｉｎｔ１における温度であり、後記する触媒出口温度Ｔｅｘｉｔは、図２、図３に示すように、直列に２段で構成された触媒の２段目の触媒の軸方向中央部（触媒出口部）Ｐｏｉｎｔ２における温度である。
【００３３】
このような燃料カット・リッチ制御をすることにより燃料噴射をさせない燃料カットの気筒２ａからの排気ガスは、吸気がそのまま排気されることになり、リーン燃焼後の排気ガス中の酸素よりも大量の酸素を触媒装置２３に送り込み、リッチ燃焼後の排気ガス中に含まれるリッチ成分を捕捉した触媒装置２３において急速な酸化反応を生じさせ、触媒装置２３を自らの反応熱により急昇温させることができる。通常、リーン燃焼で安定にエンジン本体２の運転を継続可能な空燃比の最大値は、１５．５程度の値でありそれ以上の値にすることは難しい。
そして、この急速な酸化反応による触媒装置２３の触媒入口温度Ｔｅｎｔの上昇を推定演算し、触媒入口温度Ｔｅｎｔが触媒として十分活性化する温度である所定温度Ｔ２（第２の所定の温度）、例えば、５００℃に達した時点で第２段階の暖機制御（燃料カット・リッチ制御）から第３段階の触媒暖機制御運転に切り換える。この第３段階の触媒暖機制御運転を、内燃機関１の制御運転の観点からは「リーン・リッチ制御（ディザ制御ともいう）」と称し、触媒装置２３の加熱方法の観点からは「触媒内反応熱による昇温（２）」と称する。
燃料カット・リッチ制御における触媒装置２３の単位時間当たりの反応熱は大きいので、実際には、燃料カット・リッチ制御の期間は、３秒程度である。
ここで、第２段階の触媒暖機制御運転が、特許請求の範囲に記載の「燃料カット・リッチ触媒暖機制御運転」に対応する。
【００３４】
この第３段階の触媒暖機制御運転では、触媒装置２３の入口側の領域は既に酸化反応の促進レベルがある程度高くなっていて、触媒装置２３で酸化浄化可能なリッチ成分量が増加しているため、例えば、空燃比をリーンとリッチに交互に変化させるディザ制御を行うことで、触媒装置２３に供給するリッチ成分量を増加させて、触媒装置２３内の酸化反応の反応熱を増大させ、その反応熱で触媒装置２３内の出口部まで、つまり、触媒出口温度（触媒の出口部の温度）Ｔｅｘｉｔが前記所定温度Ｔ２に達し、暖機処理が不要となる状態になるまで効率良く暖機する。
なお、空燃比をリーンとリッチに変化させるディザ制御において、クランク軸が２回転する間に、リーン燃焼する気筒２ａの数とリッチ燃焼する気筒２ａの数との比が一対一となる必要は無く、例えば、３対１として、トルク変動を少なくしたり、時間平均的にストイキな燃焼に相当するように燃料噴射量を制御したりしても良い。
ここで、第３段階の触媒暖機制御運転が、特許請求の範囲に記載の「リーン・リッチ触媒暖機制御運転」に対応する。
【００３５】
次に、図４、図５を参照しながら適宜図１、図２を参照して、触媒装置を早期に暖機するための内燃機関１の制御の全体フローチャートについて説明する。図４、図５は、触媒暖機制御運転の制御の流れを示す全体フローチャートである。
この制御は、すべてＥＣＵ２７の前記したＣＰＵにおいてなされる。
ステップＳ０１では、ＩＧ＿ＳＷがオンされたか否かをチェックする。ＩＧ＿ＳＷがオンされた場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ０２へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）はステップＳ０１に戻る。
【００３６】
ステップＳ０２では、触媒暖機制御運転をリセットする。具体的には、触媒暖機制御運転を示すフラグＩＦＬＡＧを−１にする。
ちなみに、前記した第１段階の触媒暖機制御運転である「点火時期遅角制御」の場合はＩＦＬＡＧ＝０、第２段階の触媒暖機制御運転である「燃料カット・リッチ制御」の場合はＩＦＬＡＧ＝１、第３段階の触媒暖機制御運転である「リーン・リッチ制御」の場合はＩＦＬＡＧ＝２である。
【００３７】
ステップＳ０３では、エンジンの初爆が完了したか否かをチェックする。エンジンの初爆が完了した場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ０４へ進み、エンジンの初爆が完了していない場合（Ｎｏ）はステップＳ０３を繰り返す。ちなみに、エンジンの初爆の完了の検出は、ＩＧ＿ＳＷオンの後、ＥＣＵ２７から燃料噴射弁２０に対して最初の噴射指令を出したか否かで容易に行える。
ステップＳ０４では、例えば、クランク角センサ２６（図２参照）からの信号に基づいて、エンジン回転速度Ｎｅの変動（エンジン回転速度変動）を検出し、そのエンジン回転速度変動が５０ｒｐｍ未満か否かをチェックする。エンジン回転速度変動が５０ｒｐｍ未満の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ０５へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、結合子（Ｂ）に従って、図５に示すように触媒暖機制御運転を行わない。これは、エンジン回転速度変動が大きい場合は、第１段階の触媒暖機制御運転に入って、点火時期遅角制御を行うとエンジン本体２（図２参照）の運転が不安定になるため、それを防止するためである。
【００３８】
ステップＳ０５では、アイドル状態か否かをチェックする。つまり、アクセルポジションセンサからの信号が、アクセルペダルの踏み込みを検出していない状態か否かをチェックする。アクセルペダルの踏み込みを検出していない場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ０６へ進み、アクセルペダルの踏み込みを検出している場合（Ｎｏ）は、結合子（Ｂ）に従って、図５に示すように触媒暖機制御運転を行わない。ステップＳ０６では、セレクトレバー位置が“Ｐ”、または“Ｎ”の位置であるか否かをチェックする。セレクトレバー位置が“Ｐ”、または“Ｎ”の位置である場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ０７へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、結合子（Ｂ）に従って、図５に示すように触媒暖機制御運転を行わない。ステップＳ０５，Ｓ０６のチェックは、運転者が車両の急発進の操作をしようとしている場合等に対応できるようにするためである。
【００３９】
ステップＳ０７では、エンジン回転速度Ｎｅが１８００ｒｐｍ未満か否かをチェックする。エンジン回転速度Ｎｅが１８００ｒｐｍ未満の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ０８へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、結合子（Ｂ）に従って、図５に示すように触媒暖機制御運転を行わない。ステップＳ０８では、吸気圧力センサ１８（図２参照）が示す吸気マニホールド圧（吸気圧）が、６００ｍｍＨｇ（８０，０００Ｐａ）未満か否かをチェックする。６００ｍｍＨｇ未満の場合（Ｙｅｓ）は、結合子（Ａ）に従って、図５に示すステップＳ０９へ進、そうでない場合は、結合子（Ｂ）に従って、図５に示すように触媒暖機制御運転を行わない。
【００４０】
ステップＳ０９では、水温センサ２５が示す冷却水温度Ｔｗが、０℃を超え、６０℃未満の条件を満たすか否かをチェックする。前記条件を満たす場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１０へ進み、前記条件を満たさない場合（Ｎｏ）は、触媒暖機制御運転を行わない。
ステップＳ０７，Ｓ０８，Ｓ０９のチェックは、本実施形態の触媒暖機制御運転を行うのに適する内燃機関１の運転状態か否かを判定するものである。
【００４１】
ステップＳ１０では、第１段階の触媒暖機制御運転のフラグを立てる（ＩＦＬＡＧ＝０）。そして、ステップＳ１１では、第１段階の触媒暖機制御運転における「点火時期遅角制御」を行う。点火時期遅角制御の詳細な制御の流れについては、後記する図９において詳細に説明する。
ステップＳ１２では、触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算を行う。触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算の詳細な制御の流れについては、後記する図６において詳細に説明する。
ステップＳ１３では、触媒出口温度Ｔｅｘｉｔの推定演算を行う。触媒出口温度Ｔｅｘｉｔの推定演算の詳細な制御の流れについては、後記する図８において詳細に説明する。
ステップＳ１４では、ステップＳ１２において推定演算された触媒入口温度Ｔｅｎｔが、所定温度Ｔ１、例えば、２５０℃以上に到達したか否かをチェックする。所定温度Ｔ１以上の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１５へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１１に戻る。
【００４２】
ステップＳ１５では、ＩＦＬＡＧが０，１，２のいずれかであるかを判定する、ＩＦＬＡＧ＝０の場合は、ステップＳ１６へ進み、ＩＦＬＡＧ＝１の場合は、ステップＳ１７へ進み、ＩＦＬＡＧ＝２の場合は、ステップＳ２１へ進む。
ステップＳ１６では、第２段階の触媒暖機制御運転のフラグを立て（ＩＦＬＡＧ＝１）、その後ステップＳ１７へ進む。
ステップＳ１７では、ステップＳ１２において推定演算された触媒入口温度Ｔｅｎｔが、所定温度Ｔ２、例えば、５００℃以下か否かをチェックする。所定温度Ｔ２以下の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１８へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２１に進む。
【００４３】
ステップＳ１８では、第２段階の触媒暖機制御運転における「燃料カット・リッチ制御」を行う。燃料カット・リッチ制御の詳細な制御の流れについては、後記する図１０において詳細に説明する。ステップＳ１８の後、ステップＳ１１へ戻る。
【００４４】
ステップＳ２１では、ステップＳ１３において推定演算された触媒出口温度Ｔｅｘｉｔが、所定温度Ｔ２、例えば、５００℃未満か否かをチェックする。所定温度Ｔ２未満の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２２へ進み、所定温度Ｔ２以上の場合（Ｎｏ）は、触媒暖機制御運転を終了する。このとき後記する図６のステップＳ３２で起動されたタイマｔは停止されリセットされる。
【００４５】
ステップＳ２２では、ＩＦＬＡＧが第３段階の触媒暖機制御運転を示しているか否か（ＩＦＬＡＧ＝２か否か）をチェックする、ＩＦＬＡＧ＝２の場合は、ステップＳ２４へ進み、ＩＦＬＡＧ＝２で無い場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２３へ進む。
ステップＳ２３では、第３段階の触媒暖機制御運転のフラグを立て（ＩＦＬＡＧ＝２）、その後ステップＳ２４へ進む。
ステップＳ２４では、第３段階の触媒暖機制御運転における「リーン・リッチ制御」を行う。リーン・リッチ制御の詳細な制御の流れについては、後記する図１１において詳細に説明する。ステップＳ２４の後、ステップＳ１１へ戻る。
【００４６】
この全体フローチャートにおいて、ステップＳ１０から開始される第１段階から第３段階の触媒暖機制御運転が行われている間、少なくともステップＳ１２の触媒入口温度Ｔｅｎｔ推定演算と、ステップＳ１３の触媒出口温度Ｔｅｘｉｔ推定演算は、ＴＤＣセンサ２８（図１参照）及びクランク角センサ２６（図２参照）に基づいて、各気筒２ａの爆発行程のタイミングで行われている。
ここで、全体フローチャートにおけるステップＳ１２が、特許請求の範囲に記載の「触媒入口温度推定手段」に対応し、ステップＳ１３が、特許請求の範囲に記載の「触媒入出口度推定手段」に対応する。
【００４７】
次に、図６、図７の（ａ）を参照しながら適宜図２を参照して触媒入口温度Ｔｅｎｔを推定演算する詳細な制御の流れについて説明する。図６は、触媒入口温度を推定演算する制御の流れを示す詳細フローチャートである。図７の（ａ）は、触媒入口温度を推定演算するための排気加熱マップの説明図である。
図５におけるステップＳ１２の触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算では、ステップＳ３１において、ファーストアイドルの状態か否か、つまり、第１段階の触媒暖機制御運転か否かをＩＦＬＡＧ＝０か否かでチェックする。換言すれば、ファーストアイドルの状態か否かの判定は、ステップＳ０９の冷却水温度Ｔｗの判定結果により行うものであり、ステップＳ０９においてＹｅｓとなり、ＩＦＬＡＧ＝０となっている場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３２に進み、ＩＦＬＡＧ≠０の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ３５へ進む。ステップＳ３２では、タイマｔを起動する。既にタイマｔが起動している場合は、そのままステップＳ３３へ進む。ステップＳ３３では、エンジン始動時冷却水温度Ｔｗ０を水温センサ２５（図２参照）からの出力により読み込む。
なお、ステップＳ３３のエンジン始動時冷却水温度Ｔｗ０の読み込みのステップは、ステップＳ１２に入った最初の１度だけ行われ、その値は一時記憶される。
【００４８】
ステップＳ３４では、ステップＳ３３で読み込まれたエンジン始動時冷却水温度Ｔｗ０を参照して、排気加熱マップ５１（図７の（ａ）参照）に基づいて経過時間ｔに対応する触媒入口温度Ｔｅｎｔを検索する。その後全体フローチャートのステップＳ１３に戻る。
図７の（ａ）において、横軸はステップＳ３２において起動されたタイマｔの示す経過時間ｔを示し、縦軸は触媒入口温度Ｔｅｎｔを示す。経過時間ｔに対応する触媒入口温度Ｔｅｎｔを示す曲線は、エンジン始動時冷却水温度Ｔｗ０をパラメータに実験的に取得されたものである。エンジン始動時冷却水温度Ｔｗ０が低いほど、外気温度が低く、第１段階の触媒暖機制御運転における触媒装置２３の触媒入口温度Ｔｅｎｔの初期段階の上昇の推移が遅いことが示されている。
以上、ステップＳ３１〜Ｓ３４で、図３の（ａ）に示した「排気ガス温度上昇制御」における触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算の繰り返し計算の１回分を終了する。
【００４９】
ステップＳ３１からＮｏでステップＳ３５に進むと、触媒内反応熱による昇温制御か否か、具体的には、ＩＦＬＡＧ＝１ｏｒ２をか否かをチェックする（「触媒内反応熱昇温制御？」）。ＩＦＬＡＧ＝１または２を示している場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３６へ進み、ＩＦＬＡＧ＝１または２を示していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ４１へ進む。
ステップＳ３６では、次式（１）に基づいて触媒反応熱温度を算出する。
（触媒反応熱温度）＝ＫＣ×（排気ガス流量）×（過剰酸素量）    ・・・・（１）
ここで、「触媒反応熱温度」とは触媒の反応熱により触媒が昇温する度合いを示し、ＫＣは実験的に定められた定数である。また、式（１）の「排気ガス流量」はエアフローメータ１４（図２参照）で検出された吸入空気量に対応する。厳密には、前記した吸気温センサからの信号により密度補正をして吸入空気量とする。以下、「吸入空気量」という場合は、単にエアフローメータ１４で検出された吸入空気量ではなく、吸気温センサからの信号に基づき密度補正された吸入空気量のことを意味する。
式（１）の「過剰酸素量」は、吸入空気量に対してストイキとなる空燃比（以下「Ａ／Ｆ比」と称する）に対して、実際に燃料噴射弁２０にＥＣＵ２７から指令した目標燃料噴射量Ｑｉから容易に算出できる。
なお、排気ガスセンサ２４（図２参照）により検出した酸素濃度を式（１）における過剰酸素量としても良い。
【００５０】
ステップＳ３７では、排気ガス温度Ｔｅｘｈａｕｓｔをエンジン回転速度Ｎｅ、吸気圧の２次元マップに基づいて推定する。
ステップＳ３８では、次式（２）に基づいて温度差を算出する。
（温度差）＝（排気ガス温度Ｔｅｘｈａｕｓｔ）＋（触媒反応熱温度）
−（前回の触媒入口温度Ｔｅｎｔ）      ・・・・・・・（２）
ここで、式（２）における「排気ガス温度Ｔｅｘｈａｕｓｔ」は、ステップＳ３７で算出されたものであり、「触媒反応熱温度」は、ステップＳ３６で算出されたものであり、「前回の触媒入口温度Ｔｅｎｔ」は、繰り返し計算における前回の触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算において得られた触媒入口温度Ｔｅｎｔである。
【００５１】
ステップＳ３９では、次式（３）に基づいて触媒入口温度上昇ΔＴを算出する。
ΔＴ＝Ｋｔ１×（温度差）×（排気ガス流量）      ・・・・・・・・・・・（３）
ここで、式（３）におけるＫｔ１は、実験的に定められた定数であり、「温度差」は、ステップＳ３８で算出されたものであり、「排気ガス流量」は、エアフローメータ１４（図２参照）で検出され、吸気温に応じて密度補正された吸入空気量に対応する。
次いで、ステップＳ４０では、繰り返し計算における前回の触媒入口温度ＴｅｎｔにステップＳ３９で算出された触媒入口温度上昇ΔＴを加算して、今回の触媒入口温度Ｔｅｎｔを算出する｛触媒入口温度Ｔｅｎｔ＝（前回の触媒入口温度Ｔｅｎｔ）＋ΔＴ｝。
以上のステップＳ３５〜Ｓ４０で、図３の（ａ）に示した「触媒内反応熱による昇温（１），（２）」における触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算の繰り返し計算の１回分を終了する。
【００５２】
ＩＦＬＡＧが０，１，２のいずれでもない、触媒暖機制御運転が終わったときは、ステップＳ３５からＮｏでステップＳ４１に進み、排気ガス温度Ｔｅｘｈａｕｓｔをエンジン回転速度Ｎｅ、吸気圧の２次元マップに基づいて推定する。
ステップＳ４２では、次式（４）に基づいて温度差を算出する。
（温度差）＝（排気ガス温度Ｔｅｘｈａｕｓｔ）−（前回の触媒入口温度Ｔｅｎｔ）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
ここで、式（４）における排気ガス温度Ｔｅｘｈａｕｓｔは、ステップＳ４１で算出されたものであり、前回の触媒入口温度Ｔｅｎｔは、繰り返し計算における前回の触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算において得られた触媒入口温度Ｔｅｎｔである。
【００５３】
ステップＳ４３では、式（５）に基づいて触媒入口温度上昇ΔＴを算出する。
ΔＴ＝Ｋｔ１×（温度差）×（排気ガス流量）      ・・・・・・・・・・・（５）
ここで、式（５）における「温度差」はステップＳ４２で算出されたものであり、「排気ガス流量」はエアフローメータ１４（図２参照）で検出され、吸気温に応じて密度補正された吸入空気量に対応する。
次いで、ステップＳ４４では、繰り返し計算における前回の触媒入口温度ＴｅｎｔにステップＳ４３で算出された触媒入口温度上昇ΔＴを加算して、今回の触媒入口温度Ｔｅｎｔを算出する｛触媒入口温度Ｔｅｎｔ＝（前回の触媒入口温度Ｔｅｎｔ）＋ΔＴ｝。
以上のステップＳ３５〜Ｓ４４で、図３の（ａ）に示した「触媒内反応熱による昇温（２）」の後の触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算における繰り返し計算の１回分を終了する。
なお、ステップＳ３５〜Ｓ４４は、図５における全体フローチャートにおけるステップＳ２１でＮｏとなった後の触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算の制御である。
【００５４】
次に、図７の（ｂ）、図８を参照しながら適宜図２を参照して触媒出口温度Ｔｅｘｉｔを推定演算する詳細な制御の流れについて説明する。図７の（ｂ）は、触媒出口温度を推定演算するための排気加熱マップの説明図である。図８は、触媒出口温度を推定演算する制御の流れを示す詳細フローチャートである。
図８におけるステップＳ１３の触媒出口温度Ｔｅｘｉｔの推定演算では、ステップＳ５１において、ファーストアイドルの状態か否か、つまり、第１段階の触媒暖機制御運転か否かをＩＦＬＡＧ＝０か否かでチェックする。ＩＦＬＡＧ＝０の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ５２に進み、ＩＦＬＡＧ≠０の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ５３へ進む。ステップＳ５２では、前記した図６におけるステップＳ３３で読み込まれたエンジン始動時冷却水温度Ｔｗ０を参照して、排気加熱マップ５３（図７の（ｂ）参照）に基づいて経過時間ｔに対応する触媒出口温度Ｔｅｘｉｔを検索する。その後全体フローチャートのステップＳ１４に戻る。
図７の（ｂ）において、横軸は図６におけるステップＳ３２において起動されたタイマｔの示す経過時間ｔを示し、縦軸は触媒出口温度Ｔｅｘｉｔを示す。経過時間ｔに対応する触媒出口温度Ｔｅｘｉｔを示す曲線は、エンジン始動時冷却水温度Ｔｗ０をパラメータに実験的に取得されたものである。エンジン始動時冷却水温度Ｔｗ０が低いほど、外気温度が低く、第１段階の触媒暖機制御運転における触媒装置２３の触媒出口温度Ｔｅｘｉｔの上昇の推移が遅いことが示されている。
以上、ステップＳ５１，Ｓ５２で、図３の（ａ）に示した「排気ガス温度上昇制御」における触媒出口温度Ｔｅｘｉｔの推定演算の繰り返し計算の１回分を終了する。
【００５５】
ステップＳ５１からＮｏでステップＳ５３に進むと、次式（６）に基づいて触媒入口出口温度差ΔＴｅｎ−ｅｘを算出する。
ΔＴｅｎ−ｅｘ＝（現在の触媒入口温度Ｔｅｎｔ）
―（前回の触媒出口温度Ｔｅｘｉｔ）    ・・・・（６）
ここで、式（６）における「現在の触媒入口温度Ｔｅｎｔ」は、図５に示す繰り返し計算のステップＳ１２で推定演算された触媒入口温度Ｔｅｎｔであり、「前回の触媒出口温度Ｔｅｘｉｔ」は、繰り返し計算における前回の触媒出口温度Ｔｅｘｉｔの推定演算において得られた触媒出口温度Ｔｅｘｉｔである。
【００５６】
ステップＳ５４では、次式（７）に基づいて触媒出口温度上昇ΔＴ’を算出する。
ΔＴ’＝Ｋｔ２×（ΔＴｅｎ−ｅｘ）×（排気ガス流量）      ・・・・・（７）
ここで、式（７）におけるＫｔ２は、実験的に定められた定数であり、ΔＴｅｎ−ｅｘはステップＳ５３で算出されたものであり、排気ガス流量はエアフローメータ１４（図２参照）で検出され、吸気温に応じ密度補正された吸入空気量に対応する。
次いで、ステップＳ５５では、繰り返し計算における前回の触媒出口温度ＴｅｘｉｔにステップＳ５４で算出された触媒出口温度上昇ΔＴ’を加算して、今回の触媒出口温度Ｔｅｘｉｔを算出する｛触媒出口温度Ｔｅｘｉｔ＝（前回の触媒出口温度Ｔｅｘｉｔ）＋ΔＴ’｝。
以上のステップＳ５３〜Ｓ５５で、図３の（ａ）に示した「触媒内反応熱による昇温（１），（２）」における触媒出口温度Ｔｅｘｉｔの推定演算の繰り返し計算の１回分を終了する。
【００５７】
次に、図９を参照しながら適宜、図１、図２を参照して点火時期遅角制御の詳細な制御の流れについて説明する。図９は、点火時期遅角制御の流れを示す詳細フローチャートである。
図５におけるステップＳ１１の点火時期遅角制御では、図９に示すようにステップＳ６１において、水温センサ２５（図２参照）の示す冷却水温度Ｔｗに基づいて目標スロットル開度を設定する。ＥＣＵ２７（図２参照）は、設定された目標スロットル開度に応じて、スロットル開度センサ１６（図２参照）からの信号に基づいてモータ１０（図２参照）を制御して、目標スロットル開度に調節する。
【００５８】
ステップＳ６２では、冷却水温度Ｔｗが閾値ＴＬｏｗ以上か否かをチェックする。冷却水温度Ｔｗが閾値ＴＬｏｗ以上の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ６３へ進み、冷却水温度Ｔｗが閾値ＴＬｏｗ未満の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ６４へ進む。
ステップＳ６３では、冷却水温度Ｔｗに基づいて所定の弱リーンの目標Ａ／Ｆ比を算出する。前記した所定の弱リーンの目標Ａ／Ｆ比の値は、予め設定されており、エアフローメータ１４（図２参照）の出力する吸気流量を吸気温により密度補正して、容易に算出できる。ステップＳ６３の後ステップＳ６５へ進む。
ステップＳ６４では、冷却水温度Ｔｗに基づいて所定のリッチの目標Ａ／Ｆ比を算出する。前記した所定のリッチの目標Ａ／Ｆ比の値は、予め設定されており、エアフローメータ１４（図２参照）の出力する吸気流量から容易に算出できる。ステップＳ６４の後、ステップＳ６５へ進む。
ここで、冷却水温度Ｔｗが閾値ＴＬｏｗ未満の場合、所定の弱リーンの目標Ａ／Ｆ比の代わりに所定のリッチの目標Ａ／Ｆ比とするのは、第１段階の触媒暖機制御運転における点火時期遅角制御を安定して継続させるためである。
【００５９】
ステップＳ６５では、ステップＳ６３またはステップＳ６４において設定された目標Ａ／Ｆ比に応じた目標燃料噴射量Ｑｉを設定する。次いで、ステップＳ６６では、冷却水温度Ｔｗに基づいて目標エンジン回転速度ＮｅＴを算出する。この冷却水温度Ｔｗに基づいた目標エンジン回転速度ＮｅＴの算出は、アイドリング時の目標エンジン回転速度ＮｅＴを設定するための冷却水温度Ｔｗを参照値とするマップを予めＲＯＭに格納しておくことで容易に可能である。
ステップＳ６７では、目標エンジン回転速度ＮｅＴに応じて標準の遅角点火時期を設定する。この目標エンジン回転速度ＮｅＴに応じた標準の遅角点火時期の設定は、第１段階の触媒暖機制御運転におけるアイドリング時の標準の遅角点火時期を設定するための目標エンジン回転速度ＮｅＴを参照値とするマップを予めＲＯＭに格納しておくことで容易に可能である。
【００６０】
ステップＳ６８では、現在のエンジン回転速度Ｎｅと目標エンジン回転速度ＮｅＴとの差分に基づき点火時期を補正する。この点火時期の補正も、エンジン回転速度Ｎｅ及び目標エンジン回転速度ＮｅＴを参照値とするマップを予めＲＯＭに格納しておくことで容易に可能である。
このように標準の遅角点火時期を補正することにより、点火時期遅角制御による内燃機関１の第１段階の触媒暖機制御運転における安定したアイドリングが継続できる。
ステップＳ６９では、ステップＳ６５で設定された目標燃料噴射量Ｑｉ及びステップＳ６８で補正された点火時期に従って、当該の気筒２ａの燃料噴射弁２０（図２参照）に対して燃料噴射制御をするとともに、ディストリビュータ２９（図２参照）に対して点火時期制御を行う（「燃料噴射制御及び点火時期制御」）。
以上により、一連の点火時期遅角制御を終了し、全体フローチャートのステップＳ１２に戻る。
このように点火時期遅角制御を行うことにより、エンジン本体２からの排気ガスＧ２（図１参照）の温度を高く制御でき、排気ガスＧ２により触媒装置２３（図１参照）の触媒入口温度Ｔｅｎｔを早期に目標とする所定温度Ｔ１に到達させることができ、触媒の反応熱による昇温が早期に可能となる。
【００６１】
次に、図１０を参照しながら適宜、図１、図２を参照して燃料カット・リッチ制御の詳細な制御の流れについて説明する。図１０は、燃料カット・リッチ制御の流れを示す詳細フローチャートである。
図５におけるステップＳ１８の燃料カット・リッチ制御では、図１０に示すようにステップＳ７１において、水温センサ２５（図２参照）の示す冷却水温度Ｔｗに基づいて目標スロットル開度を設定する。ＥＣＵ２７（図２参照）は、設定された目標スロットル開度に応じて、スロットル開度センサ１６（図２参照）からの信号に基づいてモータ１０（図２参照）を制御して、目標スロットル開度に調節する。
【００６２】
ステップＳ７２では、吸入空気量に基づいてベース燃料噴射量を設定する。このベース燃料噴射量を設定する際に用いるＡ／Ｆ比の値は、ストイキの値、例えば、１４．７であり、予め設定されており、エアフローメータ１４（図２参照）の出力する吸気流量を吸気温で密度補正することによりベース燃料噴射量は容易に算出できる。
ステップＳ７３では、燃料増量補正係数ＦＣ１を次式（８）に従って算出する。
ＦＣ１＝Ｋｆ×｛（所定温度Ｔ２）−（触媒入口温度Ｔｅｎｔ）｝  ・・・・（８）
式（８）において、Ｋｆは予め設定された定数である。
【００６３】
ステップＳ７４では、クランク角センサ２６（図２参照）からの信号とＴＤＣセンサ２８からの信号にもとづいて、次に燃料噴射の対象の気筒２ａ（図２参照）が燃料カットの気筒２ａかどうかの判別をする（「当該気筒が燃料カットの気筒か？」）。当該気筒が燃料カットの気筒の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ７５へ進み、燃料カットの気筒で無い場合（Ｎｏ）は、ステップＳ７６へ進む。
ステップＳ７５では、目標燃料噴射量Ｑｉをゼロと設定する。ステップＳ７６では、目標燃料噴射量Ｑｉ（＝ＦＣ１×（ベース燃料噴射量））を設定する。次いで、ステップＳ７７では、ステップＳ７５、またはステップＳ７６で設定された目標燃料噴射量Ｑｉに従って、当該の気筒２ａの燃料噴射弁２０に対して燃料噴射制御をするとともに、ディストリビュータ２９に対して点火時期制御を行う（「燃料噴射制御及び点火時期制御」）。このときの点火時期制御は、所定の標準のものである。
なお、ステップＳ７４における燃料カットの気筒とリッチ燃焼の気筒の切替えは、例えば、交互の切替えとする。
以上により、一連の燃料カット・リッチ制御を終了し、全体フローチャートのステップＳ１２に戻る。
【００６４】
このような燃料カット・リッチ制御をすることにより燃料噴射をさせない燃料カットの気筒２ａからの排気ガスは、吸気がそのまま排気されことになり、リーン燃焼後の排気ガス中の酸素よりも大量の酸素を触媒装置２３に送り込み、リッチ燃焼後の排気ガス中に含まれるリッチ成分を捕捉した触媒装置２３において急速な酸化反応を生じさせ、触媒装置２３を自らの反応熱により急昇温させることができる。
特に、リッチ燃焼とするための燃料増量補正係数ＦＣ１を算出するに当たって、所定温度Ｔ２と触媒入口温度Ｔｅｎｔとの差分に応じて燃料噴射量Ｑｉが変化するように設定しているので、燃料カット・リッチ制御を終了して、次のリーン・リッチ制御に切替わった時点において触媒入口温度Ｔｅｎｔが所定温度Ｔ２を超える大幅なオバーシュートを防止できる。
燃料カット・リッチ制御による触媒暖機制御運転をそのまま続けると、触媒の温度が５００℃を超えても急速に温度上昇し続けるのに対し、リーン・リッチ制御による触媒暖機制御運転に切り替えることにより、５００℃まで触媒の温度を上昇させるのに時間を要するものの、触媒入口温度Ｔｅｎｔ、触媒出口温度Ｔｅｘｉｔが５００℃を大きく超えることはない。
【００６５】
次に、図１１を参照しながら適宜、図１、図２を参照してリーン・リッチ制御の詳細な制御の流れについて説明する。図１１は、リーン・リッチ制御の流れを示す詳細フローチャートである。
図５におけるステップＳ２４のリーン・リッチ制御では、図１１に示すようにステップＳ８１において、水温センサ２５（図２参照）の示す冷却水温度Ｔｗに基づいて目標スロットル開度を設定する。ＥＣＵ２７（図２参照）は、設定された目標スロットル開度に応じて、スロットル開度センサ１６（図２参照）からの信号に基づいてモータ１０（図２参照）を制御して、目標スロットル開度に調節する。
【００６６】
ステップＳ８２では、吸入空気量に基づいてベース燃料噴射量を設定する。このベース燃料噴射量を設定する際に用いるＡ／Ｆ比の値は、ストイキの値、例えば、１４．７であり、予め設定されており、エアフローメータ１４（図２参照）の出力する吸気流量を吸気温で密度補正することによりベース燃料噴射量は容易に算出できる。
なお、このステップＳ８２では図示してないが、安定にリーン燃焼できるＡ／Ｆ比の所定の上限値、例えば、１５．５の値に基づいたリーン燃焼の下限燃料噴射量も同時に算出しておくと良い。
ステップＳ８３では、燃料増量補正係数ＦＣ２を次式（９）に従って算出する。
ＦＣ２＝Ｋｍ×（触媒熱容量）×（排気ガス流量）
×｛（所定温度Ｔ２）−（触媒出口温度Ｔｅｘｉｔ）｝  ・・・（９）
式（９）において、Ｋｍは予め設定された定数であり、「触媒熱容量」は触媒装置２３の特性データとして予め測定されたデータである。式（９）における「排気ガス流量」は、エアフローメータ１４の吸気流量を吸気温で密度補正されたものとして算出される。また、「触媒出口温度Ｔｅｘｉｔ」は、全体フローチャートのステップＳ１３で推定演算されたものである。
【００６７】
ステップＳ８４では、クランク角センサ２６（図２参照）からの信号とＴＤＣセンサ２８からの信号にもとづいて、次に燃料噴射の対象の気筒２ａ（図２参照）がリーン燃焼の順番の気筒２ａかどうかの判別をする（「当該気筒がリーン燃焼の順番の気筒か？」）。当該気筒がリーン燃焼の気筒の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ８５へ進み、リーン燃焼の気筒で無い場合（Ｎｏ）は、ステップＳ８６へ進む。
ステップＳ８５では、目標燃料噴射量Ｑｉを（ベース燃料噴射量）／ＦＣ２と設定する。ただし、ステップＳ８５で算出されたＱｉ＝（ベース燃料噴射量）／ＦＣ２の値が、リーン燃焼を維持できるステップＳ８２の説明のところで前記した下限燃料噴射量よりも小さい場合は、Ｑｉ＝下限燃料噴射量とすると良い。
ステップＳ８６では、目標燃料噴射量ＱｉをＦＣ２×（ベース燃料噴射量）と設定する。次いで、ステップＳ８７では、ステップＳ８５、またはステップＳ８６で設定された目標燃料噴射量Ｑｉに従って、当該の気筒２ａの燃料噴射弁２０に対して燃料噴射制御をするとともに、ディストリビュータ２９に対して点火時期制御を行う（「燃料噴射制御及び点火時期制御」）。このときの点火時期制御は、所定の標準のものである。
なお、ステップＳ８４におけるリーン燃焼の気筒とリッチ燃焼の気筒の切替えは、例えば、交互の切替えとする。
以上により、一連の燃料カット・リッチ制御を終了し、全体フローチャートのステップＳ１２に戻る。
【００６８】
このように第３段階の触媒暖機制御運転におけるリーン・リッチ制御では、燃料増量補正係数ＦＣ２を算出するに当たって、式（９）に示すように、触媒熱容量、及び目標とする所定温度Ｔ２と触媒出口温度Ｔｅｘｉｔとの差分の積に比例になっている。従って、触媒熱容量が大きいほど、また、所定温度Ｔ２と触媒出口温度Ｔｅｘｉｔとの差分が大きいほど燃料増量補正係数ＦＣ２は大きい値となり、リッチ燃焼の気筒２ａにおける目標燃料噴射量Ｑｉが大きくなり、未燃ガスが排気ガスＧ２中に多く含まれ、触媒装置２３における反応熱が大きくなるように制御されることになる。その結果、触媒出口温度Ｔｅｘｉｔが早期に目標とする所定温度Ｔ２に到達し易くなる。つまり、触媒装置２３の十分な活性化が早期に行われることになる。
ここで、目標とする所定温度Ｔ２と触媒出口温度Ｔｅｘｉｔとの差分は、図６に示す触媒入口温度Ｔｅｎｔの推定演算の詳細フローチャート及び図８に示す触媒出口温度Ｔｅｘｉｔの推定演算の詳細フローチャートから分かるように、触媒反応熱温度（ステップＳ３６，Ｓ３８参照）を含んでいる。
その意味で、式（９）は、特許請求の範囲に記載の「前記リーン・リッチ触媒暖機制御運転の場合、前記触媒の熱容量と、前記触媒の反応熱に応じて前記各気筒への燃料供給量を補正する」に対応している。
【００６９】
次に、図１２を参照しながら、適宜、図１を参照して本実施形態による触媒暖機制御運転による作用効果を説明する。図１２は、触媒暖機制御運転の作用効果の説明図であり、（ａ）は、実施形態の場合の説明図、（ｂ）は、従来技術の説明図、（ｃ）は、ＨＣ排出量の積算値の実施形態と従来技術との比較説明図である。
図１２の（ａ），（ｂ）では、横軸は時間ｔを示し、縦軸は触媒温度、触媒通過前の排気ガス温度、ＨＣ排出量を示す。図１２の（ａ）に示す本実施形態における第１段階の触媒暖機制御運転（点火時期遅角制御）と、図１２の（ｂ）に示す従来技術における第１段階の触媒暖機制御運転（ストイキ燃焼制御）では、触媒入口温度Ｔｅｎｔの昇温の仕方にはそれ程大きな差は無い。ちなみに、触媒装置（図１参照）２３の触媒はまだ活性化されていないので、図１２の（ａ），（ｂ）に示すように触媒装置２３を通過前の排気ガスＧ２（図１参照）に含まれるＨＣ（炭化水素）量はそのまま、分解されずに触媒装置２３を通過後の排気ガスＧ３（図１参照）中にそのまま含まれている。触媒装置２３が排気ガスＧ２によって加熱されることにより徐々にＨＣが触媒装置２３で分解されるが触媒入口温度Ｔｅｎｔが目標とする所定温度Ｔ１のレベルに達した時点では触媒装置２３全体は十分活性化されておらず、最終的に一部のＨＣが排出されている。
【００７０】
しかし、本実施形態における第２段階の触媒暖機制御運転では、燃焼カット・リッチ制御を行っているので、触媒入口温度Ｔｅｎｔが目標とする所定温度Ｔ２まで急昇温し、３秒程度の期間で終了する。これに対し、従来技術における第２段階の触媒暖機制御運転（弱リーン燃焼制御）では、触媒入口温度Ｔｅｎｔの昇温の仕方は緩やかであり、時間が何分も掛かっている。
また、本実施形態における第３段階の触媒暖機制御運転では、従来技術と同様にリーン・リッチ制御を行っているが、触媒出口温度Ｔｅｘｉｔが所定温度Ｔ２まで昇温するように、燃料増量補正係数ＦＣ２を設定しているので、触媒の反応熱による温度上昇が従来技術より速く、触媒出口温度Ｔｅｘｉｔも目標とする所定温度Ｔ２に従来技術より早期に到達する。
そして、本実施形態では、触媒入口温度Ｔｅｎｔが目標とする所定温度Ｔ１到達後、短時間で急速に所定温度Ｔ２達し、その温度を維持し、触媒出口温度Ｔｅｘｉｔが従来技術よりも短時間で所定温度Ｔ２に達する。この結果、触媒装置２３全体が従来技術よりも短時間で十分な暖機状態となり、触媒装置２３を通過後の排気ガスＧ３に含まれるＨＣは、第３段階の触媒暖機制御運転中に急速にゼロに近づく。
【００７１】
その結果、第１段階から第３段階までの触媒暖機制御運転を通じた触媒装置２３を通過する本実施形態の場合のＨＣ量は、図１２の（ｃ）に実線で示すように仮想線（二点鎖線）で示した従来技術よりも少なくなる。特に、本実施形態のような排気ターボチャージャー４０を備え、エンジン本体２からの排気ガスの触媒装置２３に至るまでの経路の長い内燃機関１に対して、より顕著な効果がある。
【００７２】
なお、本実施形態では、燃料噴射弁２０はシリンダヘッド２ｂから燃焼室に直接噴射する直噴式の例で説明したが、それに限定されるものではない。各気筒２ａに接続する吸気マニホールド１９の吸気ポートに燃料噴射弁２０を配置し、吸気に対して燃料噴射するものでも良い。
また、本実施形態では、排気ターボチャージャー４０を備える内燃機関１を例に説明したが、排気ターボチャージャーを備えない内燃機関にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１      内燃機関
２      エンジン本体
２ａ    気筒
１２    吸気管
１４    エアフローメータ
１５    スロットルバルブ
１６    スロットル開度センサ
１８    吸気圧力センサ
１９    吸気マニホールド
２０    燃料噴射弁
２１    点火プラグ
２２    排気管（排気通路）
２３    触媒装置（触媒）
２５    水温センサ
２６    クランク角センサ
２７    ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
２８    ＴＤＣセンサ
２９    ディストリビュータ
５１    排気加熱マップ
５３    排気加熱マップ
Ｇ１    吸入空気
Ｇ２    排気ガス
Ｇ３    排気ガス
Ｔｅｎｔ  触媒入口温度（触媒の入口部の温度）
Ｔｅｘｉｔ  触媒出口温度（触媒の出口部の温度）
Ｔｅｘｈａｕｓｔ  排気ガス温度
【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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