JP7291656B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、内燃機関の制御装置に関する。

従来から熱利用要求に基づいてエンジンの廃熱量を制御するエンジンの廃熱制御装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載されたエンジンの廃熱制御装置は、エンジンの廃熱を回収して再利用する廃熱再利用システムに適用され、熱利用要求による要求熱量に基づいてエンジンの廃熱量を制御する。この従来の廃熱制御装置は、オーバーラップ量制御手段と、点火制御手段と、廃熱制御手段と、を備えることを特徴としている（同文献、要約、第０００８段落、および請求項１等）。

オーバーラップ量制御手段は、前記エンジンの吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とのオーバーラップ量をエンジン運転状態に基づいて制御する。点火制御手段は、都度のエンジン運転状態において最高燃費となる最高効率時期で前記エンジンの点火時期を制御する。廃熱制御手段は、前記要求熱量を満足できない場合に、前記オーバーラップ量を増加側に変更するオーバーラップ増加制御と、前記点火時期を、前記増加側への変更後のオーバーラップ量に対応する前記最高効率時期よりも進角側に変更する点火進角制御と、を実行する。

上記従来の廃熱制御装置は、上記構成のように、要求熱量を満たすことができない場合にオーバーラップ量を増加側に変更し、かつ点火時期を、増加側への変更後のオーバーラップ量に対応する最高効率時期（ＭＢＴまたはその付近）よりも進角側に変更する。これにより、燃費悪化を極力抑制しつつ、熱利用要求に即した廃熱制御を実施することができる（同文献、第０００９段落等）。

特開２０１１‐０７４８００号公報

上記従来の廃熱制御装置は、冷却水によるエンジンの廃熱回収を主とした場合には一定の効果が得られる。しかし、上記従来の廃熱制御装置は、エンジンの動作頻度が低く、エンジンの排気系に含まれる触媒の温度と、冷却水の温度がともに低くなる状況に対して対応ができないという課題がある。

本開示は、上記のような従来の廃熱制御装置よりも触媒の温度と冷却水の温度をそれぞれ効率よく上昇させることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。

本開示の一態様は、冷却水温度と排気系の触媒温度を取得して内燃機関の点火時期を制御する制御装置であって、前記冷却水温度が第１閾値以下の場合に前記内燃機関から冷却水へのエネルギー配分を増加させる冷却水加温制御と、前記触媒温度が第２閾値以下の場合に前記内燃機関から排気へのエネルギー配分を増加させる触媒加温制御と、を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置である。

本開示の上記一態様によれば、従来の廃熱制御装置よりも触媒の温度と冷却水の温度をそれぞれ効率よく上昇させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することができる。

本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態１を示すブロック図。 図１の制御装置と内燃機関との関係を示すブロック図。 図１の制御装置の構成を示すブロック図。 図１の制御装置の機能ブロック図。 図１の内燃機関のエネルギー配分を説明するグラフ。 図４の点火時期の補正量を算出する機能による処理を説明するフロー図。 図６の処理における内燃機関の状態を示すグラフ。 図１の制御装置の処理の流れを説明するフロー図。 図８に示す処理の結果を示すグラフ。 図４の点火時期の補正機能による処理を説明するフロー図。 図１０の処理による内燃機関のエネルギー配分を説明するグラフ。 本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態２を示す機能ブロック図。 図１２のトルクの補正機能による処理を説明するフロー図。 図１３の処理の結果を示すグラフ。 図１３の処理の結果を示すグラフ。 本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態３を示す機能ブロック図。 図１６の点火補正の分配を算出する機能による処理を示すフロー図。 図１６の点火補正量の算出機能による処理を示すフロー図。 図１７および図１８に示す処理の結果を示すグラフ。

以下、図面を参照して本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態１を示すブロック図である。本実施形態に係る制御装置１０は、たとえば、シリーズ方式のハイブリッド車などの車両に搭載され、内燃機関としてのエンジン１を制御する。

車両は、たとえば、エンジン１と、発電機２と、インバータ３Ａ，３Ｂと、蓄電装置４と、モータ５と、車両制御装置６と、アクセルペダル７と、内燃機関の制御装置１０と、を備えている。また、車両は、たとえば、クランク角度センサＳ１と、アクセル開度センサＳ２と、バッテリ電圧センサＳ３とを備えている。エンジン１は、たとえば火花点火機関であり、たとえば４気筒のガソリンエンジンである。発電機２は、エンジン１のクランク軸１ａに連結され、クランク軸１ａの回転によって発電する。

蓄電装置４は、たとえば、インバータ３Ａを介して発電機に接続されるとともに、インバータ３Ｂを介してモータ５に接続されている。蓄電装置４は、たとえば複数の二次電池を備え、発電機２からインバータ３Ａを介して供給された発電電力、または、モータ５からインバータ３Ｂを介して供給された供給された回生電力によって充電される。また、蓄電装置４は、インバータ３Ｂを介してモータ５へ電力を供給して、モータ５を駆動させる。モータ５は、インバータ３Ｂを介して蓄電装置４から供給された電力によって駆動され、図示を省略する車輪を回転させて車両を走行させる。

車両制御装置６は、クランク角度センサＳ１、アクセル開度センサＳ２、バッテリ電圧センサＳ３、および内燃機関の制御装置１０と情報通信可能に接続されている。クランク角度センサＳ１は、エンジン１のクランク軸１ａの回転角度を検出する。アクセル開度センサＳ２は、アクセルペダル７の踏み込み量、すなわちアクセル開度を検出する。バッテリ電圧センサＳ３は、蓄電装置４の内部電圧を測定する。車両制御装置６は、各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３から検出結果および測定結果の信号が入力される。

車両制御装置６は、アクセル開度センサＳ２から入力されるアクセル開度の検出結果に基づいて、車両の運転者の操作に基づく要求トルクを算出する。すなわち、アクセル開度センサＳ２は、エンジン１またはモータ５に対する要求トルクを検出する要求トルクセンサとして用いることができる。また、車両制御装置６は、バッテリ電圧センサＳ３から入力される蓄電装置４の内部電圧の検出結果に基づいて、蓄電装置４の充電状態または充電された残電力量を算出する。また、車両制御装置６は、クランク角度センサＳ１から入力されるクランク軸１ａの回転角度の検出結果に基づいて、エンジン１の回転速度を算出する。

さらに、車両制御装置６は、上記の各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３からの入力に基づく要求トルクや車両の運転状態に基づいて、エンジン１の要求出力、蓄電装置４の要求出力など、各装置の最適な動作量を算出する。車両制御装置６は、算出したエンジン１の要求出力を含む制御信号を、内燃機関の制御装置１０へ出力する。内燃機関の制御装置１０は、車両制御装置６から入力されたエンジン１の要求出力を含む制御信号に基づいて、エンジン１を制御する。

図２は、図１の内燃機関の制御装置１０と、その制御対象である内燃機関としてのエンジン１との関係を示すブロック図である。

エンジン１は、図１のクランク軸１ａとクランク角度センサＳ１に加えて、図２に示すように、たとえば、吸気管１ｂと、エアフローセンサＳ４と、電子制御スロットル１ｃと、吸気温度センサＳ５と、を備えている。また、エンジン１は、たとえば、四つの気筒１ｄと、インジェクタ１ｅと、点火コイル１ｆと、冷却水温度センサＳ６と、ノックセンサＳ７と、を備えている。また、エンジン１は、たとえば、排気管１ｇと、三元触媒１ｈと、空燃比センサＳ８と、排気温度センサＳ９と、を備えている。

吸気管１ｂは、たとえば、エンジン１の各気筒１ｄへ流入する空気を流通させる。エアフローセンサＳ４は、たとえば、吸気管１ｂの適宜の位置に設けられ、吸気管１ｂを流れる空気の流量を測定し、その測定結果を制御装置１０へ出力する。電子制御スロットル１ｃは、たとえば、制御装置１０によって制御され、各気筒１ｄへ流入する空気の流量を調整する。吸気温度センサＳ５は、たとえば、吸気管１ｂを流れる空気の温度を測定し、その測定結果を制御装置１０へ出力する。

インジェクタ１ｅは、たとえば、各気筒１ｄ（＃１～＃４）に設けられ、各気筒１ｄの燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置または筒内直接噴射用インジェクタである。点火コイル１ｆは、たとえば、各気筒１ｄに設けられた点火プラグで放電するための高電圧を生成する。冷却水温度センサＳ６は、たとえば、エンジン１のシリンダヘッドの適宜の位置に設けられ、エンジン１の冷却水温度を測定し、その測定結果を制御装置１０へ出力する。ノックセンサＳ７は、たとえば、エンジン１のシリンダブロックに設けられ、エンジン１の振動を検出し、その検出結果を制御装置１０へ出力する。

排気管１ｇは、たとえば、エンジン１の各気筒から排出される排気を流通させる。三元触媒１ｈは、たとえば、排気管１ｇの適宜の位置に設けられ、排気管１ｇを流れる排気を浄化する。空燃比センサＳ８は、たとえば、排気管１ｇにおいて三元触媒１ｈよりも排気の流れの上流側に設けられ、排気の空燃比を測定し、その測定結果を制御装置１０へ出力する。排気温度センサＳ９は、たとえば、排気管１ｇにおいて三元触媒１ｈよりも排気の流れの上流側に設けられ、排気温度を測定し、その測定結果を制御装置１０へ出力する。

本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、たとえば、ＣＰＵなどの処理装置、メモリなどの記憶装置、信号の入出力部などを備えた電子制御装置（ＥＣＵ）である。制御装置１０は、たとえば、前述のクランク角度センサＳ１、エアフローセンサＳ４、吸気温度センサＳ５、冷却水温度センサＳ６、ノックセンサＳ７、空燃比センサＳ８、および排気温度センサＳ９から測定結果が入力される。また、制御装置１０は、たとえば、前述の車両制御装置６を介して、アクセル開度センサＳ２の測定結果が入力される。

また、制御装置１０は、アクセル開度センサＳ２の測定結果に基づいて車両制御装置６で算出されたエンジン１の要求トルクが、車両制御装置６から入力される。また、制御装置１０は、クランク角度センサＳ１の測定結果に基づいて車両制御装置６で算出されたエンジン１の回転速度が、車両制御装置６から入力される。なお、エンジン１の要求トルクと回転速度は、それぞれ、アクセル開度センサＳ２の測定結果とクランク角度センサＳ１の測定結果に基づいて、制御装置１０によって算出することも可能である。

また、制御装置１０は、たとえば、前述の各センサから入力された情報に基づいてエンジン１の運転状態を算出する。また、制御装置１０は、エンジン１の点火時期、スロットル開度、燃料噴射量などを含む、エンジン１の主要な制御パラメータを算出する。

制御装置１０で算出された燃料噴射量は、たとえば開弁パルス信号に変換され、制御装置１０からインジェクタ１ｅへ出力される。また、制御装置１０で算出された点火時期は、たとえば点火信号に変換され、制御装置１０から点火コイル１ｆへ出力される。また、制御装置１０で算出されたスロットル開度は、スロットル駆動信号に変換され、制御装置１０から電子制御スロットル１ｃへ出力される。

電子制御スロットル１ｃは、制御装置１０から入力されたスロットル駆動信号に応じたスロットル開度で空気を通過させる。電子制御スロットル１ｃを通過した空気は吸気管１ｂを流れ、図示を省略する吸気バルブを介して各気筒１ｄの燃焼室に流入する。インジェクタ１ｅは、制御装置１０から入力された開弁パルス信号に応じて、各気筒１ｄの燃焼室に燃料を噴射する。これにより、各気筒１ｄの燃焼室内で混合気が生成される。

点火コイル１ｆは、制御装置１０から入力された点火信号に応じて点火プラグで放電するための高電圧を生成する。これにより、各気筒１ｄの燃焼室内で混合気が燃焼し、図示を省略する各気筒１ｄ内のピストンが押し下げられ、エンジン１に駆動力が発生してクランク軸１ａが回転する。混合気の燃焼後に各気筒１ｄの燃焼室から排出された排気ガスは、排気管１ｇを流れ、三元触媒１ｈによって浄化されて外部へ排出される。

図３は、図１の内燃機関の制御装置１０の構成の一例を示すブロック図である。制御装置１０は、たとえば、入力回路１１と、入出力ポート１２と、ＲＡＭ１３と、ＲＯＭ１４と、ＣＰＵ１５と、点火制御部１６と、スロットル制御部１７と、を備えている。

入力回路１１は、たとえば、車両制御装置６で算出されて車両制御装置６から出力されたエンジン１の要求トルクτ_reqおよび回転速度R_engが入力される。また、入力回路１１は、たとえば、電子制御スロットル１ｃからスロットル開度P_thrが入力され、排気温度センサＳ９から排気温度T_exhが入力され、冷却水温度センサＳ６から冷却水温度T_cwが入力される。

なお、図３では図示を省略するが、入力回路１１は、たとえばエアフローセンサＳ４から空気流量が入力され、吸気温度センサＳ５から吸気温度が入力され、ノックセンサＳ７からエンジン１の振動の検出結果が入力され、空燃比センサＳ８から空燃比が入力される。このように、入力回路１１は、図３に示す情報以外の情報が入力されてもよい。入力回路１１は、入力された情報を入出力ポート１２の入力ポートへ出力する。

ＲＡＭ１３は、入力回路１１から出力された情報を、入出力ポート１２を介して取得して一時的に保持する。ＲＯＭ１４は、種々の制御プログラムやデータが記憶されている。ＣＰＵ１５は、ＲＯＭ１４に記憶された各種の制御プログラムを実行することで、ＲＡＭ１３に保持された情報を用いて各種の演算処理を実行する。この各種の演算処理により、ＣＰＵ１５は、車両の各種のアクチュエータの作動量を含む各種の制御パラメータを算出し、ＲＡＭ１３に保持させる。

さらに、ＣＰＵ１５は、ＲＡＭ１３に保持させた各種の制御パラメータを、入出力ポート１２の出力ポートを介して、点火制御部１６およびスロットル制御部１７を含む各種の駆動回路へ出力する。制御装置１０は、点火制御部１６およびスロットル制御部１７以外の駆動回路を備えてもよい。また、これらの駆動回路は、制御装置１０の外に設置してもよい。

点火制御部１６は、入出力ポート１２の出力ポートを介して入力された制御パラメータに基づいて、点火コイル１ｆへ点火信号S_ignを出力する。スロットル制御部１７は、入出力ポート１２の出力ポートを介して入力された制御パラメータに基づいて、電子制御スロットル１ｃへスロットル開度の制御信号S_thrを出力する。

また、ＣＰＵ１５は、ノックセンサＳ７から入力回路１１へ入力され、入出力ポート１２を介してＲＡＭ１３に保持されたエンジン１の振動の検出結果を用いた演算処理を実行することで、ノッキングの発生を検知する。また、ＣＰＵ１５は、排気温度センサＳ９から入力回路１１へ入力され、入出力ポート１２を介してＲＡＭ１３に保持された排気温度T_exhを用いた演算処理を実行することで、排気系の三元触媒１ｈの温度、すなわち触媒温度T_catを推定する。

図４は、図１の内燃機関の制御装置１０の機能ブロック図である。制御装置１０は、たとえば、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１と、点火時期を補正する機能Ｆ２とを有している。制御装置１０の各機能Ｆ１，Ｆ２は、たとえば、ＣＰＵ１５によってＲＯＭ１４に記憶された制御プログラムを実行することによって実現することができる。

点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、たとえば、エンジン１の要求トルクτ_reqおよび回転速度R_eng、冷却水温度T_cw、触媒温度T_cat、および点火時期θを入力とする。機能Ｆ１は、これらの入力に基づいて、点火時期補正量Δθを算出する。点火時期を補正する機能Ｆ２は、たとえば、点火時期θと点火時期補正量Δθとを入力とし、補正後の点火時期θ’を算出する．

図５は、図１の内燃機関としてのエンジン１のエネルギー配分を説明するグラフである。図５のグラフにおいて、縦軸はエネルギーＥ、横軸はエンジン１の点火時期θである。また、図５では、エンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwを点線で示し、エンジン１から排気へのエネルギー配分η_exhを破線で示し、エンジン１の動力へのエネルギー配分η_iを実線で示している。なお、エネルギー配分η_i，η_cw，η_exhは、たとえば、エンジン１が発生する全エネルギーに対する割合である。

ここで、エンジン１の点火時期θを進角させることは、点火時期θにおけるクランク角度を減少させることと同義である。また、エンジン１の点火時期θを遅角させることは、点火時期θにおけるクランク角度を増加させることと同義である。したがって、以下では、点火時期補正量Δθが負になる点火時期θの補正を進角補正といい、点火時期補正量Δθが正になる点火時期θの補正を遅角補正という。

エンジン１の動力へのエネルギー配分η_iは、最適点火時期θoにおいて最大となり、点火時期θを最適点火時期θoから進角補正または遅角補正すると減少する。また、エンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwは、進角補正の点火時期補正量Δθが大きくなるほど増加する。また、エンジン１から排気へのエネルギー配分η_exhは、遅角補正の補正量が大きくなるほど増加する。すなわち、エンジン１において、動力、冷却水、および排気へのエネルギー配分η_i，η_cw，η_exhは、点火時期θによって変化する。

図６は、図４の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１による演算処理を説明するフロー図である。図７は、図６の処理フローにおけるエンジン１の状態を示すグラフである。

図７において、各グラフの横軸は、すべて時間ｔであり、各グラフの縦軸は、上から下へ順に、エンジン１のオンとオフの状態、点火時期θ、エンジン１のトルクτ、冷却水温度T_cwである。また、図７のエンジン１のオン、オフを示すグラフを除く各グラフでは、従来の制御装置を用いた比較形態、本実施形態の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ１および設定Ｃ２のそれぞれのエンジン１の状態を、実線、点線および一点鎖線で表している。

図７に示すように、時刻t0において、要求トルクτ_reqが入力されると、エンジン１が始動されてオンになる。ここでは、エンジン１の動作の理解を容易にするために、要求トルクτ_reqが一定の場合を説明する。従来の制御装置を用いた比較形態では、時刻t0においてエンジン１が始動すると、要求トルクτ_reqを満たすようにスロットル開度P_thrおよび点火時期θが設定される。

これにより、図７の点火時期θのグラフおよびトルク目標値τのグラフにおいて、実線で示す比較形態では、点火時期θおよびトルクτがおおむね一定に維持される。また、エンジン１が動作しているオンの状態では、エンジン１から冷却水へエネルギーが熱として供給される。これにより、図７の冷却水温度T_cwのグラフにおいて、実線で示す比較形態では、冷却水温度T_cwが緩やかに上昇している。

一方、本実施形態の制御装置１０は、時刻t0においてエンジン１が始動すると、図４の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１によって、図６に示す処理フローを開始する。機能Ｆ１は、まず、冷却水温度T_cwが所定の温度の閾値である第１閾値T1以下であるか否かを判定する処理Ｐ１を実行する。処理Ｐ１において、機能Ｆ１は、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ２を実行する。

制御装置１０は、処理Ｐ２において、内燃機関であるエンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwを増加させる冷却水加温制御を実行する。制御装置１０は、たとえば、冷却水加温制御において、点火時期θを早める進角制御を実行する。より具体的には、制御装置１０は、たとえば、機能Ｆ１により、点火時期補正量Δθを負の値に設定する。ここで、点火時期補正量Δθの設定は、たとえば、以下の設定Ｃ１と設定Ｃ２を選択することができる。

設定Ｃ１では、たとえば、点火時期補正量Δθを、所定の負の固定値に設定する。設定Ｃ２では、たとえば、点火時期補正量Δθを、冷却水温度偏差ΔT_cwと相関を持つように設定する。ここで、冷却水温度偏差ΔT_cwは、たとえば、冷却水温度T_cwと、所定の温度閾値である第１閾値T1との差である。より具体的には、設定Ｃ２では、点火時期補正量Δθを、たとえば、以下の式（１）または（２）のように設定することができる。

Δθ ＝ A ×（T1 － T_cw）＋ Δθas （T_cw ＜T1） ・・・（１）
Δθ ＝ Δθas （T_cw ≧ T1） ・・・（２）

上記の式（１）、（２）において、Aは正の定数であり、Δθasは基準進角補正量である。この設定Ｃ２では、点火時期補正量Δθを上記の（１）、（２）のように設定することで、点火時期補正量Δθと冷却水温度偏差ΔT_cwとの間に負の相関を持たせることができる。換言すると、設定Ｃ２では、冷却水温度偏差ΔT_cwが増大するほど、進角補正の補正量である点火時期補正量Δθ（絶対値）が増大する。

なお、進角補正では、点火時期補正量Δθは負の値になる。そのため、進角補正量としての点火時期補正量Δθを増大させることは、点火時期補正量Δθの絶対値を増大させることと同義である。また、基準進角補正量Δθasは、たとえば、あらかじめエンジン１を用いた実験やシミュレーションを行って冷却水温度T_cwや運転条件などのパラメータを取得することにより作成したマップに基づいて決定することができる。なお、基準進角補正量Δθasは、負の値に設定することができる。

このように、制御装置１０の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、処理Ｐ２で実行する冷却水加温制御において、点火時期を早める進角制御を実行する。この処理Ｐ２で実行する進角制御において、設定Ｃ２を選択した場合、機能Ｆ１は、第１閾値T1と冷却水温度T_cwとの差が増大するほど、点火時期θを早める進角補正量としての点火時期補正量Δθを増大させる。

以上のように、図６に示す処理Ｐ２において、図４の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、たとえば設定Ｃ１または設定Ｃ２などの設定に応じて、負の点火時期補正量Δθを設定して、点火時期を補正する機能Ｆ２へ出力する。これにより、図６に示す処理が終了し、図４の点火時期を補正する機能Ｆ２は、機能Ｆ１から入力された点火時期補正量Δθと、最新の点火時期θとに基づいて、補正後の点火時期θ’を算出する。

制御装置１０の点火時期を補正する機能Ｆ２によって算出された補正後の点火時期θ’は、図２に示す点火制御部１６によって点火信号S_ignに変換され、図２に示す点火コイル１ｆへ出力される。これにより、図５に示すように、たとえば、エンジン１の点火時期θが最適点火時期θoよりも進角され、内燃機関であるエンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwが増加する。

その結果、点火時期補正量Δθを所定の負の固定値に設定した設定Ｃ１では、図７の点火時期θのグラフにおいて点線で示すように、たとえば時刻t0から時刻t1までの間、点火時期θが負の一定値に補正され、トルクτが減少する。また、図７の冷却水温度T_cwのグラフにおいて点線で示すように、本実施形態の設定Ｃ１では、実線で示す比較形態よりも早期に冷却水温度T_cwを上昇させることができる。

また、設定Ｃ２では、冷却水温度偏差ΔT_cwが増大するほど進角補正量としての点火時期補正量Δθを増大させる。その結果、図７の点火時期θのグラフにおいて一点鎖線で示すように、たとえば時刻t0から時刻t2までの間、点火時期θが最適点火時期θoに近づくように緩やかに進角して、進角補正量としての点火時期補正量Δθが徐々に減少する。また、トルクτのグラフにおいて一点鎖線で示すように、トルクτは、要求トルクτ_reqよりも低い値から、要求トルクτ_reqに近づくように緩やかに増加する。また、冷却水温度T_cwのグラフにおいて一点鎖線で示すように、本実施形態の設定Ｃ２では、実線で示す比較形態よりも早期に冷却水温度T_cwを上昇させることができる。

図７の冷却水温度T_cwのグラフにおいて点線で示す本実施形態の進角制御の設定Ｃ１により、冷却水温度T_cwが上昇し、たとえば、時刻t1において第１閾値T1を超える。また、同グラフにおいて一点鎖線で示す本実施形態の進角制御の設定Ｃ２により、冷却水温度T_cwが上昇し、たとえば、時刻t2において第１閾値T1を超える。すると、図６に示す処理Ｐ１において、図４に示す点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下ではない（ＮＯ）と判定し、次の処理Ｐ３を実行する。

処理Ｐ３において、機能Ｆ１は、点火時期補正量Δθをゼロに設定し、図６に示す処理フローを終了する。その後、図４の点火時期を補正する機能Ｆ２は、機能Ｆ１から入力された点火時期補正量Δθと、最新の点火時期θとに基づいて、補正後の点火時期θ’を算出する。この場合、点火時期θの補正は行われず、機能Ｆ２が算出する点火時期θ’は、最新の点火時期θと等しくなる。

その結果、図７の点火時期θのグラフにおいて点線で示すように、本実施形態の進角制御の設定Ｃ１では、時刻t1後に点火時期補正量Δθがゼロになる。また、同グラフにおいて一点鎖線で示すように、本実施形態の進角制御の設定Ｃ２では、時刻t2後に点火時期補正量Δθがゼロになる。これにより、図５に示す点火時期θは、たとえば最適点火時期θoから変化せず、エンジン１の動力、冷却水、および排気へのエネルギー配分η_i，η_cw，η_exhはおおむね一定の比率になる。

その結果、図７に示すように、冷却水温度T_cwの上昇率もおおむね一定になる。その後、たとえば、時刻t3において、エンジン１がオフにされてエンジン１の動作が停止し、制御装置１０によるエンジン１の制御が終了する。

図８は、図４の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１による演算処理を説明するフロー図である。図９は、図８の処理フローにおけるエンジン１の状態を示すグラフである。図９の各グラフの横軸および縦軸は、一番下のグラフの縦軸を除いて前述の図７における各グラフと同一である。図９の一番下のグラフの縦軸は、触媒温度T_catである。また、図９のエンジン１のオン、オフを示すグラフを除く各グラフでは、従来の制御装置を用いた比較形態、本実施形態の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ３および設定Ｃ４のそれぞれのエンジン１の状態を、実線、点線および一点鎖線で表している。

図９に示すように、時刻t0において、要求トルクτ_reqが入力されると、エンジン１が始動されてオンになる。ここでは、エンジン１の動作の理解を容易にするために、要求トルクτ_reqが一定の場合を説明する。従来の制御装置を用いた比較形態では、時刻t0においてエンジン１が始動すると、要求トルクτ_reqを満たすようにスロットル開度P_thrおよび点火時期θが設定される。

これにより、図９の点火時期θのグラフおよびトルク目標値τのグラフにおいて、実線で示す比較形態では、点火時期θおよびトルクτがおおむね一定に維持される。また、エンジン１が動作しているオンの状態では、エンジン１から排気へエネルギーが熱として供給される。これにより、図９の触媒温度T_catのグラフにおいて、実線で示す比較形態では、触媒温度T_catが緩やかに上昇している。なお、触媒温度T_catは、たとえば前述のように、排気温度T_exhに基づいて推定することが可能である。

一方、本実施形態の制御装置１０は、時刻t0においてエンジン１が始動すると、図４の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１によって、図８に示す処理フローを開始する。機能Ｆ１は、まず、触媒温度T_catが所定の温度の閾値である第２閾値T2以下であるか否かを判定する処理Ｐ４を実行する。処理Ｐ４において、機能Ｆ１は、触媒温度T_catが第２閾値T2以下である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ５を実行する。

制御装置１０は、処理Ｐ５において、内燃機関であるエンジン１から排気へのエネルギー配分η_exhを増加させる触媒加温制御を実行する。制御装置１０は、たとえば、触媒加温制御において、点火時期θを遅らせる遅角制御を実行する。より具体的には、制御装置１０は、たとえば、機能Ｆ１により、点火時期補正量Δθを正の値に設定する。ここで、点火時期補正量Δθの設定は、たとえば、以下の設定Ｃ３と設定Ｃ４を選択することができる。

設定Ｃ３では、たとえば、点火時期補正量Δθを、所定の正の固定値に設定する。設定Ｃ４では、たとえば、点火時期補正量Δθを、触媒温度偏差ΔT_catと相関を持つように設定する。ここで、触媒温度偏差ΔT_catは、たとえば、触媒温度T_catと、所定の温度閾値である第２閾値T2との差である。より具体的には、設定Ｃ４では、点火時期補正量Δθを、たとえば、以下の式（３）または（４）のように設定することができる。

Δθ ＝ B ×（T2 － T_cat）＋ Δθds （T_cat ＜T2） ・・・（３）
Δθ ＝ Δθds （T_cat ≧ T2） ・・・（４）

上記の式（３）、（４）において、Bは正の定数であり、Δθdsは基準遅角補正量である。この設定Ｃ４では、点火時期補正量Δθを上記の（３）、（４）のように設定することで、点火時期補正量Δθと触媒温度偏差ΔT_catとの間に正の相関を持たせることができる。換言すると、設定Ｃ２では、触媒温度偏差ΔT_catが増大するほど、遅角補正の補正量である点火時期補正量Δθが増大する。

なお、遅角補正では、点火時期補正量Δθは正の値になる。そのため、遅角補正量としての点火時期補正量Δθを増大させることは、点火時期補正量Δθを増大させることと同義である。また、基準遅角補正量Δθdsは、たとえば、あらかじめエンジン１を用いた実験やシミュレーションを行って触媒温度T_catや運転条件などのパラメータを取得することにより作成したマップに基づいて決定することができる。なお、基準遅角補正量Δθdsは、正の値に設定することができる。

このように、制御装置１０の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、処理Ｐ５で実行する触媒加温制御において、点火時期を遅らせる遅角制御を実行する。この処理Ｐ５で実行する遅角制御において、設定Ｃ４を選択した場合、機能Ｆ１は、第２閾値T2と触媒温度T_catとの差が増大するほど、点火時期θを遅らせる遅角補正量としての点火時期補正量Δθを増大させる。

以上のように、図８に示す処理Ｐ５において、図４の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、たとえば設定Ｃ３または設定Ｃ４などの設定に応じて、正の点火時期補正量Δθを設定して、点火時期を補正する機能Ｆ２へ出力する。これにより、図８に示す処理が終了し、図４の点火時期を補正する機能Ｆ２は、機能Ｆ１から入力された点火時期補正量Δθと、最新の点火時期θとに基づいて、補正後の点火時期θ’を算出する。

制御装置１０の点火時期を補正する機能Ｆ２によって算出された補正後の点火時期θ’は、図２に示す点火制御部１６によって点火信号S_ignに変換され、図２に示す点火コイル１ｆへ出力される。これにより、図５に示すように、たとえば、エンジン１の点火時期θが最適点火時期θoよりも遅角され、内燃機関であるエンジン１から排気へのエネルギー配分η_exhが増加する。

その結果、点火時期補正量Δθを所定の正の固定値に設定した設定Ｃ３では、図９の点火時期θのグラフにおいて点線で示すように、たとえば時刻t0から時刻t1までの間、点火時期θが正の一定値に補正され、トルクτが減少する。また、図９の触媒温度T_catwのグラフにおいて点線で示すように、本実施形態の設定Ｃ３では、実線で示す比較形態よりも早期に触媒温度T_catを上昇させることができる。

また、設定Ｃ４では、触媒温度偏差ΔT_catが増大するほど遅角補正量としての点火時期補正量Δθを増大させる。その結果、図９の点火時期θのグラフにおいて一点鎖線で示すように、たとえば時刻t0から時刻t2までの間、点火時期θが最適点火時期θoに近づくように緩やかに進角して、遅角補正量としての点火時期補正量Δθが徐々に減少する。また、トルクτのグラフにおいて一点鎖線で示すように、トルクτは、要求トルクτ_reqよりも低い値から、要求トルクτ_reqに近づくように緩やかに増加する。また、触媒温度T_catのグラフにおいて一点鎖線で示すように、本実施形態の設定Ｃ４では、実線で示す比較形態よりも早期に触媒温度T_catを上昇させることができる。

図９の触媒温度T_catのグラフにおいて点線で示す本実施形態の遅角制御の設定Ｃ３により、触媒温度T_catが上昇し、たとえば、時刻t1において第２閾値T2を超える。また、同グラフにおいて一点鎖線で示す本実施形態の遅角制御の設定Ｃ４により、触媒温度T_catが上昇し、たとえば、時刻t2において第２閾値T2を超える。すると、図８に示す処理Ｐ１において、図４に示す点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、触媒温度T_catが第２閾値T2以下ではない（ＮＯ）と判定し、次の処理Ｐ６を実行する。

処理Ｐ６において、機能Ｆ１は、点火時期補正量Δθをゼロに設定し、図８に示す処理フローを終了する。その後、図４の点火時期を補正する機能Ｆ２は、機能Ｆ１から入力された点火時期補正量Δθと、最新の点火時期θとに基づいて、補正後の点火時期θ’を算出する。この場合、点火時期θの補正は行われず、機能Ｆ２が算出する点火時期θ’は、最新の点火時期θと等しくなる。

その結果、図９の点火時期θのグラフにおいて点線で示すように、本実施形態の遅角制御の設定Ｃ３では、時刻t1後に点火時期補正量Δθがゼロになる。また、同グラフにおいて一点鎖線で示すように、本実施形態の遅角制御の設定Ｃ４では、時刻t2後に点火時期補正量Δθがゼロになる。これにより、図５に示す点火時期θは、たとえば最適点火時期θoから変化せず、エンジン１の動力、冷却水、および排気へのエネルギー配分η_i，η_cw，η_exhはおおむね一定の比率になる。

その結果、図９に示すように、触媒温度T_catの上昇率もおおむね一定になる。その後、たとえば、時刻t3において、エンジン１がオフにされてエンジン１の動作が停止し、制御装置１０によるエンジン１の制御が終了する。

図１０は、図４の点火時期を補正する機能Ｆ２による処理の一例を説明するフロー図である。前述のように、点火時期を補正する機能Ｆ２は、現在の点火時期θと、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１によって設定された点火時期補正量Δθとを入力としている。この機能Ｆ２は、図１０に示す処理フローを開始すると、まず、点火時期θと点火時期補正量Δθとの和を、点火時期参照値θ_refに設定する処理Ｐ７を実行する。

次に、機能Ｆ２は、点火時期補正量Δθが負であるか否かを判定する処理Ｐ８を実行する。この処理Ｐ８において、機能Ｆ２は、点火時期補正量Δθが負である（ＹＥＳ）と判定すると、点火時期参照値θ_refが進角限界値θ_lim(-)より大か否かを判定する処理Ｐ９を実行する。進角限界値θ_lim(-)の設定については後述する。

この処理Ｐ９において、機能Ｆ２は、点火時期参照値θ_refが進角限界値θ_lim(-)より大である（ＹＥＳ）と判定すると、補正後の点火時期θ’を進角限界値θ_lim(-)に設定する処理Ｐ１０を実行して、図１０に示す処理フローを終了する。一方、処理Ｐ９において、機能Ｆ２は、点火時期参照値θ_refが進角限界値θ_lim(-)以下である（ＮＯ）と判定すると、補正後の点火時期θ’を点火時期参照値θ_refに設定する処理Ｐ１１を実行して、図１０に示す処理フローを終了する。

また、前述の処理Ｐ８において、機能Ｆ２は、点火時期補正量Δθが０以上である（ＮＯ）と判定すると、点火時期参照値θ_refが遅角限界値θ_lim(+)より大か否かを判定する処理Ｐ１２を実行する。この処理Ｐ１２において、機能Ｆ２は、点火時期参照値θ_refが遅角限界値θ_lim(+)以下である（ＮＯ）と判定すると、前述の補正後の点火時期θ’を点火時期参照値θ_refに設定する処理Ｐ１１を実行して、図１０に示す処理フローを終了する。

一方、処理Ｐ１２において、機能Ｆ２は、点火時期参照値θ_refが遅角限界値θ_lim(+)より大である（ＹＥＳ）と判定すると、補正後の点火時期θ’を遅角限界値θ_lim(+)に設定する処理Ｐ１３を実行して、図１０に示す処理フローを終了する。

ここで、前述の進角限界値θ_lim(-)の設定について説明する。進角限界値θ_lim(-)は、点火時期θを進角させる場合の点火時期θの限界値であり、たとえば、エンジン１において異常燃焼が発生する点火時期θに基づいて設定される。

より具体的には、たとえば、エンジン１のトルクτや回転数などの運転条件および冷却水温度T_cwに応じて異常燃焼が発生する点火時期θをマップ化する。そして、実際の運転条件および冷却水温度T_cwを用いてマップから導出した異常燃焼が発生する点火時期θに基づいて、異常燃焼が発生しない進角限界値θ_lim(-)を設定する。

なお、上記のようなマップを使用しない場合には、たとえば、ノックセンサＳ７の検出結果と点火時期θとの関係から、制御装置１０の点火時期を補正する機能Ｆ２によって、異常燃焼が発生する点火時期θを算出してもよい。この場合、機能Ｆ２は、算出した異常燃焼が発生する点火時期θに基づいて、異常燃焼が発生しない進角限界値θ_lim(-)を設定する。

また、エンジン１のトルクτが、エンジン１を動作させるための摩擦トルクよりも小さい場合は、エンジン１を動作させることができない。そのため、進角制御の進角限界値θ_lim(-)を、内燃機関であるエンジン１の回転を継続可能な範囲に基づいて設定する。すなわち、エンジン１のトルクτが小さく、エンジンのトルクτと摩擦トルクとの差が所定の値よりも小さい場合には、エンジン１のトルクτと摩擦トルクとの関係に基づいて、進角限界値θ_lim(-)が設定される。

より具体的には、たとえば、エンジン１の運転条件および冷却水温度T_cwに応じて摩擦トルクをマップ化する。そして、実際の運転条件および冷却水温度T_cwを用いてマップから摩擦トルクτ_fを導出する。さらに、その運転条件での要求トルクτ_req（最適点火時期θoにおいて混合気の燃焼によってクランク軸１ａに伝えられた図示トルクτ_a）との関係から、以下の式（５）によって進角限界値θ_lim(-)を算出する。

θ_lim(-) ＝ θ_mbt －｛（τ_a－τ_f）／（C ×τ_f）｝^０．５ ・・・（５）

上記の式（５）において、θ_mbtは、エンジン１の図示トルクτ_aが最大となる点火時期θであり、Cは、点火時期θに対するエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iを点火時期θの二次関数で近似した式の係数である。なお、その近似式は、以下の式（６）のようになる。

η_i(θ) ＝η_i_max ＋ C ×（θ－θ_mbt）^２ ・・・（６）

上記の式（６）において、η_i_maxは、エンジン１の動力へのエネルギー配分η_iの最大値である。なお、近似式を用いない場合には、点火時期θに応じたエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iをマップ化し、そのマップから進角限界値θ_lim(-)を導出することも可能である。また、図１１に示すように、エネルギーの利用効率の観点から、進角限界値θ_lim(-)が設定される場合もある。

図１１は、内燃機関としてのエンジン１のエネルギー配分を説明するグラフである。図１１のグラフにおいて、縦軸はエネルギーＥ、横軸はエンジン１の点火時期θである。図１１のグラフでは、エンジン１の動力へのエネルギー配分η_iを実線で示している。また、エンジン１の動力へのエネルギー配分η_iと、エンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwとの和である動力‐冷却水配分η_i+η_cwを点線で示している。さらに、エンジン１の動力へのエネルギー配分η_iと、エンジン１から排気へのエネルギー配分η_exhとの和である動力-排気配分η_i+η_exhを破線で示している。

図１０の処理Ｐ９における進角限界値θ_lim(-)は、たとえば、図１１に示す動力‐冷却水配分η_i+η_cwが最大となる点火時期θ１に設定することができる。

次に、前述の遅角限界値θ_lim(+)の設定について説明する。遅角限界値θ_lim(+)は、点火時期θを遅角させる場合の点火時期θの限界値であり、たとえば、エンジン１において点火時期θの遅角を増加させていくときに、燃焼状態が不安定化してエンジン１のトルクτの変動が大きくなる点火時期θに基づいて設定される。

より具体的には、たとえば、エンジン１のトルクτや回転数などの運転条件および冷却水温度T_cwに応じてトルクτの変動が所定の閾値よりも大きくなる点火時期θをマップ化する。そして、実際の運転条件および冷却水温度T_cwを用いてマップから導出したトルクτの変動が大きくなる点火時期θに基づいて、トルクτの変動が閾値以下になる遅角限界値θ_lim(+)を設定する。

なお、上記のようなマップを使用しない場合には、たとえば、点火時期θと、クランク角度センサＳ１の検出結果に基づくエンジン１の回転数の変動との関係に基づいて、制御装置１０の点火時期を補正する機能Ｆ２によって、トルクτが不安定化する点火時期θを算出してもよい。この場合、機能Ｆ２は、算出したトルクτが不安定化する点火時期θに基づいて、トルクτが不安定化しない遅角限界値θ_lim(+)を設定する。

また、エンジン１のトルクτが、エンジン１を動作させるための摩擦トルクよりも小さい場合は、エンジン１を動作させることができない。そのため、遅角制御の遅角限界値θ_lim(+)を、内燃機関であるエンジン１の回転を継続可能な範囲に基づいて設定する。すなわち、エンジン１のトルクτが小さく、エンジンのトルクτと摩擦トルクとの差が所定の値よりも小さい場合には、エンジン１のトルクτと摩擦トルクとの関係に基づいて、遅角限界値θ_lim(+)が設定される。

より具体的には、たとえば、前述の進角限界値θ_lim(-)と同様に、実際の運転条件での要求トルクτ_req（最適点火時期θoにおける図示トルクτ_a）との関係から、以下の式（７）によって遅角限界値θ_lim(+)を算出する。

θ_lim(+) ＝ θ_mbt －｛（τ_a－τ_f）／（C ×τ_f）｝^０．５ ・・・（７）

なお、前述の進角限界値θ_lim(-)と同様に、式（６）の近似式を用いない場合には、点火時期θに応じたエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iをマップ化し、そのマップから遅角限界値θ_lim(+)を導出することも可能である。

以下、本実施形態の内燃機関の制御装置１０の作用を説明する。

自動車等の車両の燃費や排気に関する規制は、今後、さらに強化されていくことが予想される。特に、燃費に関する規制は、近年の燃料価格の高騰、地球温暖化への影響、エネルギー資源枯渇等の問題により、関心が高まっている。年々強化される自動車燃費規制へ対応するために、燃費低減効果が高いハイブリッド車の市場が拡大している。

ハイブリッド車は、動力源としてモータおよびエンジンを備え、走行条件に応じてモータおよびエンジンの双方、または、モータもしくはエンジンの一方を駆動することにより、効率的に車両を走行させる。また、ハイブリッド車は、減速時にモータを発電機として利用して車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、蓄電装置に電気エネルギーを蓄え、その電気エネルギーを利用してモータを駆動させて車両を走行させることにより、燃費を改善する。

シリーズ方式のハイブリッド車のエンジンは、たとえば、通常の自動車やパラレル方式のハイブリッド車と比較して頻繁に動作を停止する。より具体的には、シリーズ方式のハイブリッド車のエンジンは、たとえば、蓄電装置の充電時や、蓄電装置の出力が不足する場合における発電時など、限られた条件で動作することで燃費を改善する。しかし、エンジンの動作時間が短縮されることで、エンジンから排気へのエネルギー配分や、エンジンから冷却水へのエネルギー配分が減少し、エンジンで駆動する自動車と比較して、排気系の触媒温度の低下や、冷却水温度の低下を生じやすい。

前記特許文献１に記載された従来の廃熱制御装置は、冷却水によるエンジンの廃熱回収を主とした場合には一定の効果が得られる。しかし、この従来の廃熱制御装置は、エンジンの動作頻度が低く、エンジンの排気系に含まれる触媒の温度と、冷却水の温度がともに低くなる状況に対して対応ができないという課題がある。

これに対し、本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、前述のように、冷却水温度T_cwと排気系の触媒温度T_catを取得して内燃機関であるエンジン１の点火時期θを制御する装置である。制御装置１０は、前述のように、図６に示す処理Ｐ２において冷却水加温制御を実行し、図８に示す処理Ｐ５において触媒加温制御を実行する。冷却水加温制御は、図６に示すように、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下の場合に、内燃機関から冷却水へのエネルギー配分η_cwを増加させる制御である。触媒加温制御は、図８に示すように、触媒温度T_catが第２閾値T2以下の場合に、内燃機関から排気へのエネルギー配分を増加させる制御である。

このような構成により、本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、前記従来の廃熱制御装置よりも、触媒温度T_catと冷却水温度T_cwを、それぞれ効率よく上昇させることが可能になる。より具体的には、内燃機関の重要なパラメータである触媒温度T_catや冷却水温度T_cwに基づいて点火時期θを補正することで、図５に示すエンジン１の動力へのエネルギー配分η_i、排気へのエネルギー配分η_exh、および冷却水へのエネルギー配分η_cwを操作することができる。これにより、内燃機関の状態、冷却水温度T_cwおよび触媒温度T_catに応じた適切な制御を実施して、冷却水温度T_cwおよび触媒温度T_catを効率よく上昇させ、車両における暖房出力の増加、摩擦損失の低減、および排気の浄化能力の向上などを実現することができる。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、前述の処理Ｐ２で実行する冷却水加温制御において、点火時期θを早める進角制御を実行する。また、制御装置１０は、前述の処理Ｐ５で実行する触媒加温制御において、点火時期θを遅らせる遅角制御を実行する。このような構成により、冷却水加温制御において、図５に示すように、点火時期θを進角させてエンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwを増加させ、図７に示すように、冷却水温度T_cwを効率よく上昇させることができる。また、触媒加温制御において、図５に示すように、点火時期θを遅角させてエンジン１から排気へのエネルギー配分η_exhを増加させ、図９に示すように、触媒温度T_catを効率よく上昇させることができる。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、前述の処理Ｐ２で実行する進角制御において設定Ｃ２を選択すると、第１閾値T1と冷却水温度T_cwとの差である冷却水温度偏差ΔT_cwが増大するほど、点火時期θを早める進角補正量としての点火時期補正量Δθを増大させる。このような構成により、図７に示すように、冷却水温度偏差ΔT_cwが大きい時刻t0の近傍では、進角補正量としての点火時期補正量Δθが大きく、時間の経過とともに冷却水温度偏差ΔT_cwが小さくなると、進角補正量としての点火時期補正量Δθが小さくなっていく。これにより、図７のトルクτのグラフにおいて一点鎖線で示すように、トルクτの変化を緩やかにすることができ、システムに対する負荷を低減することができる。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、前述の処理Ｐ５で実行する遅角制御において設定Ｃ４を選択すると、第２閾値T2と触媒温度T_catとの差である触媒温度偏差ΔT_catが増大するほど、点火時期θを遅らせる遅角補正量としての点火時期補正量Δθを増大させる。このような構成により、図９に示すように、冷却水温度偏差ΔT_cwが大きい時刻t0の近傍では、遅角補正量としての点火時期補正量Δθが大きく、時間の経過とともに冷却水温度偏差ΔT_cwが小さくなると、遅角補正量としての点火時期補正量Δθが小さくなっていく。これにより、図９のトルクτのグラフにおいて一点鎖線で示すように、トルクτの変化を緩やかにすることができ、システムに対する負荷を低減することができる。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、前述の進角制御において、図１０に示すように、進角補正量としての点火時期補正量Δθが進角限界値θ_lim(-)を超える場合に、進角補正量としての点火時期補正量Δθを進角限界値θ_lim(-)に設定する処理Ｐ１０を実行する。このような構成により、エンジン１の運転状態や冷却水温度T_cwなどに応じて変化する進角限界値θ_lim(-)を超えるような点火時期θの設定を回避することができる。その結果、エンジン１の損傷、意図しない停止、トルクτの変動などを抑制しつつ、冷却水温度T_cwおよび触媒温度T_catに応じてエンジン１のエネルギーの効果的な配分を実現することができる。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、前述の遅角制御において、図１０に示すように遅角補正量としての点火時期補正量Δθが遅角限界値θ_lim(+)を超える場合に、遅角補正量としての点火時期補正量Δθを遅角限界値θ_lim(+)に設定する処理Ｐ１３を実行する。このような構成により、エンジン１の運転状態や冷却水温度T_cwなどに応じて変化する遅角限界値θ_lim(+)を超えるような点火時期θの設定を回避することができる。その結果、エンジン１の損傷、意図しない停止、トルクτの変動などを抑制しつつ、冷却水温度T_cwおよび触媒温度T_catに応じてエンジン１のエネルギーの効果的な配分を実現することができる。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置１０において、前述の進角限界値θ_lim(-)は、内燃機関であるエンジン１の異常燃焼が発生する点火時期θと、動力‐冷却水配分η_i+η_cwが最大になる点火時期のいずれかに基づいて設定する。なお、動力‐冷却水配分η_i+η_cwは、エンジン１の動力すなわち駆動系へのエネルギー配分η_iと、冷却水へのエネルギー配分η_cwとの合計である。このような構成により、冷却水の温度を上昇させる冷却水加温制御において、エンジン１の動力および冷却水の温度上昇に利用されるエネルギーを最大化することができ、システム全体のエネルギーの利用効率を向上させることができる。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置１０において、前述の遅角限界値θ_lim(+)は、内燃機関であるエンジン１の燃焼状態が不安定化する点火時期に基づいて設定する。このような構成により、触媒温度T_catの温度を上昇させる触媒加温制御において、エンジン１の燃焼状態を安定化させ、トルクτの変動を防止して、トルクτ安定化することができる。

また、本実施形態の内燃機関の制御装置１０において、前述の進角制御の進角限界値θ_lim(-)および遅角制御の遅角限界値θ_lim(+)を、内燃機関であるエンジン１の回転を継続可能な範囲に基づいて設定する。このような構成により、エンジン１のトルクτが摩擦トルクよりも小さくなるのを防止して、エンジン１を確実に駆動することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、従来の廃熱制御装置よりも触媒温度T_catと冷却水温度T_cwをそれぞれ効率よく上昇させることが可能な内燃機関の制御装置１０を提供することができる。

［実施形態２］
次に、図１から図３を援用し、図１２から図１５を参照して、本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態２を説明する。

図１２は、本実施形態の制御装置１０の機能ブロック図である。本実施形態の内燃機関の制御装置１０は、たとえば、前述の実施形態１の内燃機関の制御装置１０と同様に、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１と、点火時期θを補正する機能Ｆ２とを有している。本実施形態の制御装置１０は、さらに、トルクτを補正する機能Ｆ３を有している。なお、本実施形態の制御装置１０において、前述の実施形態１の制御装置１０と同一の部分には、同一の符号を付して説明を省略する。

図１２に示すように、トルクτを補正する機能Ｆ３は、たとえば、エンジン１の要求トルクτ_reqおよび回転速度R_engと、補正前の点火時期θと、補正後の点火時期θ’と、スロットル開度P_thrとを入力とする。また、機能Ｆ３は、これらの入力に基づいて、補正後の点火時期θ’によるトルクτの低下を補正するための補正後のスロットル開度P_thr’を算出する。

図１３は、図１２のトルクτを補正する機能Ｆ３による処理を説明するフロー図である。機能Ｆ３は、図１３に示す処理フローを開始すると、まず、補正前の点火時期θによるエンジン１のトルクτ_0を算出する処理Ｐ２１を実行する。この処理Ｐ２１において、機能Ｆ３は、たとえば、図５に示すようなエンジン１の動力、排気、および冷却水へのエネルギー配分η_i，η_exh，η_cwを用い、以下の式（８）により補正前の点火時期θによるエンジン１のトルクτ_0を算出することができる。

τ_0 ＝ η_i(θ0)×Mf×Hl／（2×π×R） ・・・（８）

ここで、η_i(θ0)は、点火時期θ0におけるエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iである。また、Mfは、エンジン１の１サイクルあたりの燃料供給量［kg］、Hlは、燃料の低位発熱量［J/kg］、πは、円周率、Rは、クランク半径［m］である。以上のように算出される補正前の点火時期θによるエンジン１のトルクτ_0は、要求トルクτ_reqと同等と考える。

次に、トルクτを補正する機能Ｆ３は、以下の式（９）により、補正後の点火時期θ’によるトルクτ_mを算出する処理Ｐ２２を実行する。ここで、η_i(θm)は、点火時期θmにおけるエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iである。

τ_m ＝ η_i(θm)×Mf×Hl／（2×π×R） ・・・（９）

次に、トルクτを補正する機能Ｆ３は、処理Ｐ２１で算出した補正前の点火時期θによるエンジン１のトルクτ_0から、処理Ｐ２２で算出した補正後の点火時期θ’によるトルクτ_mを減算して、トルク減少量Δτを算出する処理Ｐ２３を実行する。

次に、トルクτを補正する機能Ｆ３は、スロットル開度の補正量ΔP_thrを算出する処理Ｐ２４を実行する。このスロットル開度の補正量ΔP_thrは、補正後の点火時期θ’によるトルクτの減少量を補償して、補正前の点火時期θによるトルクτを発生するためのスロットル開度P_thrの補正量である。

なお、制御装置１０は、たとえば、ＲＯＭ１４に、電子制御スロットル１ｃのスロットル開度P_thrと空気の流量FR_airとの関係を示すマップが記憶されている。トルクτを補正する機能Ｆ３は、このマップから現在のスロットル開度P_thrに基づいて現在の空気の流量FR_airを求める。さらに機能Ｆ３は、補正前の空気の流量FR_airと、補正後のトルク減少量Δτと、補正前のトルクτ_0とを用い、以下の式（１０）で表される補正後の空気の流量FR_air’を求める。

FR_air’ ＝ FR_air ×（1 ＋ Δτ／τ_0） ・・・（１０）

そして、機能Ｆ３は、現在のスロットル開度P_thrに基づいて、この補正後の空気の流量FR_air’を実現する、スロットル開度の補正量ΔP_thrを算出する。次に、トルクτを補正する機能Ｆ３は、算出したスロットル開度の補正量ΔP_thrと現在のスロットル開度P_thrを加算して、上記の補正後の空気の流量FR_air’を実現するための補正後のスロットル開度P_thr’を求める処理Ｐ２５を実行する。以上により、図１３に示す処理フローが終了する。なお、エンジン１に吸気される空気の流量は、電子制御スロットル１ｃ以外の装置によって増加させるようにしてもよい。

図１４は、図１３の処理の結果を示すグラフである。図１４では、縦軸がスロットル開度P_thrのグラフが追加されている以外は、前述の実施形態１で説明した図７に示すグラフと同様の縦軸を備えたグラフを示している。

また、図１４のエンジン１のオン、オフを示すグラフを除く各グラフでは、前述の実施形態１の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２と、本実施形態の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２のそれぞれのエンジン１の状態を、一点鎖線と実線で表している。なお、設定Ｃ２は、進角制御において、冷却水温度T_cwと第１閾値T1との差が増大するほど、点火時期θを早める進角補正量を増大させる制御である。

図１４に示すように、時刻t0において、要求トルクτ_reqが入力されると、エンジン１が始動されてオンになる。ここでは、エンジン１の動作の理解を容易にするために、要求トルクτ_reqが一定の場合を説明する。一点鎖線で示す実施形態１の制御装置１０では、時刻t0においてエンジン１が始動すると、たとえば、補正前の点火時期θが設定され、要求トルクτ_reqを満たすようにスロットル開度P_thrが設定される。

これにより、実施形態１の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２では、エンジン１が動作しているオンの状態では、エンジン１から冷却水へエネルギーが熱として供給される。これにより、図１４の冷却水温度T_cwのグラフにおいて一点鎖線で示すように、冷却水温度T_cwが緩やかに上昇している。

一方、本実施形態の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２では、図１３に示す各処理が実行され、時刻t0において、スロットル開度P_thrがトルク減少量Δτを補償するように補正される。すなわち、本実施形態の制御装置１０は、進角制御によって減少した内燃機関としてのエンジン１のトルクτを補償するように、実施形態１の制御装置１０による進角制御よりも、エンジン１のスロットル開度P_thrを増加させる。

その結果、トルクτのグラフにおいて示すように、本実施形態の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２では、実施形態１の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２で生じていた要求トルクτ_reqに対するトルクτの低下が防止される。したがって、本実施形態の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２では、要求トルクτ_reqと同等のトルクを発生させることができる。

また、本実施形態の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２では、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下である時刻t0から時刻t1までの間、実施形態１の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２よりも、スロットル開度P_thrが増加する。その結果、本実施形態の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２では、実施形態１の制御装置１０による進角制御の設定Ｃ２よりも、エンジン１に吸気される空気の流量が増加し、エンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwを増加させることができる。

したがって、本実施形態の制御装置１０は、実施形態１の制御装置１０と比較して、冷却水温度T_cwをより短時間に上昇させ、最終的な冷却水温度T_cwをより高温にすることができる。また、冷却水加温制御の実行中に、エンジン１が要求トルクτ_reqを発生するのを可能にする。したがって、要求トルクτ_reqを満たしつつ、冷却水へのエネルギー配分η_cwを増加させ、システムの性能と、たとえば暖房など、冷却水のエネルギーを使用するシステムの性能向上を両立させることができる。

なお、要求トルクτ_reqを満たす必要がある条件としては、たとえば、摩擦トルクと同等のトルクτを発生し続ける必要があるアイドル運転条件、蓄電装置４の出力が不足して発電機２の出力によりモータ５を駆動するような高速／高出力運転条件などがある。

図１５は、図１３の処理の結果を示すグラフである。図１５では、縦軸がスロットル開度P_thrのグラフが追加されている以外は、前述の実施形態１で説明した図９に示すグラフと同様の縦軸を備えたグラフを示している。

また、図１５のエンジン１のオン、オフを示すグラフを除く各グラフでは、前述の実施形態１の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４と、本実施形態の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４のそれぞれのエンジン１の状態を、一点鎖線と実線で表している。なお、設定Ｃ４は、遅角制御において、触媒温度T_catと第２閾値T2との差が増大するほど、点火時期θを遅らせる遅角補正量を増大させる制御である。

図１５に示すように、時刻t0において、要求トルクτ_reqが入力されると、エンジン１が始動されてオンになる。ここでは、エンジン１の動作の理解を容易にするために、要求トルクτ_reqが一定の場合を説明する。一点鎖線で示す実施形態１の制御装置１０では、時刻t0においてエンジン１が始動すると、たとえば、補正前の点火時期θが設定され、要求トルクτ_reqを満たすようにスロットル開度P_thrが設定される。

これにより、実施形態１の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４では、エンジン１が動作しているオンの状態では、エンジン１から排気へエネルギーが熱として供給される。これにより、図１５の触媒温度T_catのグラフにおいて一点鎖線で示すように、触媒温度T_catが緩やかに上昇している。

一方、本実施形態の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４では、図１３に示す各処理が実行され、時刻t0において、スロットル開度P_thrがトルク減少量Δτを補償するように補正される。すなわち、本実施形態の制御装置１０は、遅角制御によって減少した内燃機関としてのエンジン１のトルクτを補償するように、実施形態１の制御装置１０による遅角制御よりも、エンジン１のスロットル開度P_thrを増加させる。

その結果、トルクτのグラフにおいて示すように、本実施形態の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４では、実施形態１の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４で生じていた要求トルクτ_reqに対するトルクτの低下が防止される。したがって、本実施形態の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４では、要求トルクτ_reqと同等のトルクを発生させることができる。

すなわち、本実施形態の制御装置１０は、進角制御または遅角制御によって減少した内燃機関のトルクτを補償するように内燃機関のスロットル開度P_thrを増加させる。この構成により、制御装置１０による進角制御または遅角制御でエンジン１のトルクτの低下が防止され、要求トルクτ_reqと同等のトルクを発生させることができる。

また、本実施形態の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４では、触媒温度T_catが第２閾値T2以下である時刻t0から時刻t1までの間、実施形態１の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４よりも、スロットル開度P_thrが増加する。その結果、本実施形態の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４では、実施形態１の制御装置１０による遅角制御の設定Ｃ４よりも、エンジン１に吸気される空気の流量が増加し、エンジン１から排気へのエネルギー配分η_exhを増加させることができる。

したがって、本実施形態の制御装置１０は、実施形態１の制御装置１０と比較して、触媒温度T_catをより短時間に上昇させ、最終的な触媒温度T_catをより高温にすることができる。また、触媒加温制御の実行中に、エンジン１が要求トルクτ_reqを発生するのを可能にする。したがって、要求トルクτ_reqを満たしつつ、排気へのエネルギー配分η_exhを増加させ、システムの性能と、たとえば三元触媒１ｈなど、排気系の触媒による排気の浄化性能の向上を両立させることができる。

なお、要求トルクτ_reqを満たす必要がある条件としては、たとえば、摩擦トルクと同等のトルクτを発生し続ける必要があるアイドル運転条件、蓄電装置４の出力が不足して発電機２の出力によりモータ５を駆動するような高速／高出力運転条件などがある。

［実施形態３］
次に、図１から図３を援用し、図１６から図１９を参照して、本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態３を説明する。

図１６は、本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態３を示す機能ブロック図である。本実施形態の制御装置１０は、点火補正量の配分を算出する機能Ｆ０を有している点で、図１２に示す前述の実施形態２に係る制御装置１０と異なっている。なお、本実施形態の制御装置１０において、前述の実施形態２の制御装置１０と同様の部分には、同一の符号を付して説明を省略する。

図１６に示すように、点火補正量の配分を算出する機能Ｆ０は、たとえば、エンジン１の要求トルクτ_reqおよび回転速度R_engと、冷却水温度T_cwと、触媒温度T_catと、点火時期θとを入力とする。機能Ｆ０は、これらの入力に基づいて、点火補正量の配分を決定し、制御モードを示すフラグＦを出力する。また、本実施形態の制御装置１０において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、機能Ｆ０から出力されたフラグＦと、冷却水温度T_cwと、冷却水温度T_cwと、点火時期θとを入力としている。

図１７は、図１６の点火補正の配分を算出する機能Ｆ０による処理を示すフロー図である。機能Ｆ０は、図１７に示す処理フローを開始すると、まず、触媒温度T_catが所定の温度閾値である第３閾値T3以下であるか否かを判定する処理Ｐ３１を実行する。この第３閾値T3は、たとえば、後述の処理Ｐ３３で用いられる第２閾値T2よりも低い値に設定される。処理Ｐ３１において、機能Ｆ０は、触媒温度T_catが第３閾値T3以下である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ３２を実行する。

処理Ｐ３２において、点火補正の配分を算出する機能Ｆ０は、フラグＦを「モードＭ１」に設定し、図１７に示す処理を終了する。このモードＭ１は、エンジン１の排気系の触媒である三元触媒１ｈの加温を優先するモードである。

一方、処理Ｐ３１において、点火補正の配分を算出する機能Ｆ０は、触媒温度T_catが第３閾値T3より高い（ＮＯ）と判定すると、次の処理Ｐ３３を実行する。処理Ｐ３３において、機能Ｆ０は、触媒温度T_catが所定の温度閾値である第２閾値T2以下であるか否かを判定する。前述のように、第２閾値T2は、第３閾値T3よりも高い温度に設定される。この処理Ｐ３３において、機能Ｆ０は、触媒温度T_catが第２閾値T2以下である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ３４を実行する。

処理Ｐ３４において、点火補正の配分を算出する機能Ｆ０は、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下であるか否かを判定する。この処理Ｐ３４において、機能Ｆ０は、冷却水温度T_cwが第１閾値T1より高い（ＮＯ）と判定すると、前述の処理Ｐ３２を実行し、フラグＦを、三元触媒１ｈの加温を優先するモードＭ１に設定して、図１７に示す処理フローを終了する。一方、処理Ｐ３４において、機能Ｆ０は、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ３５を実行する。

処理Ｐ３５において、点火補正の配分を算出する機能Ｆ０は、フラグＦを「モードＭ２」に設定し、図１７に示す処理を終了する。このモードＭ２は、エンジン１の排気系の触媒である三元触媒１ｈの加温と、冷却水の加温とを、同時に実行するモードである。

一方、処理Ｐ３３において、点火補正の配分を算出する機能Ｆ０は、触媒温度T_catが第２閾値T2より高い（ＮＯ）と判定すると、次の処理Ｐ３６を実行する。処理Ｐ３６において、機能Ｆ０は、前述の処理Ｐ３４と同様に、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下であるか否かを判定する。この処理Ｐ３６において、機能Ｆ０は、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ３７を実行する。

処理Ｐ３７において、点火補正の配分を算出する機能Ｆ０は、フラグＦを「モードＭ３」に設定し、図１７に示す処理を終了する。このモードＭ３は、冷却水の加温を優先するモードである。一方、処理Ｐ３６において、機能Ｆ０は、冷却水温度T_cwが第１閾値T1より高い（ＮＯ）と判定すると、次の処理Ｐ３８を実行する。

処理Ｐ３８において、点火補正の配分を算出する機能Ｆ０は、フラグＦを「モードＭ４」に設定し、図１７に示す処理を終了する。このモードＭ４は、触媒温度T_catと冷却水温度T_cwの双方の温度を維持するモードである。次に、図１６に示す本実施形態の制御装置１０の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１による処理の流れを説明する。

図１８は、図１６の点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１による処理の一例を示すフロー図である。前述のように、機能Ｆ１は、点火補正の配分を算出する機能Ｆ０から出力されたフラグＦと、冷却水温度T_cwと、触媒温度T_catと、点火時期θとを入力とする。機能Ｆ１は、図１８に示す処理フローを開始すると、まず、フラグＦが、触媒の加温を優先するモードＭ１であるか否かを判定する処理Ｐ４１を実行する。

処理Ｐ４１において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、フラグＦが、触媒の加温を優先するモードＭ１である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ４２を実行する。処理Ｐ４２において、機能Ｆ１は、前述の実施形態１の機能Ｆ１による処理Ｐ５と同様に、エンジン１から排気へのエネルギー配分η_exhを増加させる触媒加温制御を実行する。より具体的には、処理Ｐ４２において、機能Ｆ１は、点火時期補正量Δθを正の値に設定する遅角制御を実行し、図１８に示す処理フローを終了する。

一方、処理Ｐ４１において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、フラグＦが、触媒の加温を優先するモードＭ１ではない（ＮＯ）と判定すると、次の処理Ｐ４３を実行する。処理Ｐ４３において、機能Ｆ１は、フラグＦが、触媒の加温と冷却水の加温を同時に行うモードＭ２であるか否かを判定する。この処理Ｐ４３において、機能Ｆ１は、フラグＦが、触媒の加温と冷却水の加温を同時に行うモードＭ２である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ４４から処理Ｐ４６を実行する。

処理Ｐ４４から処理Ｐ４６において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、内燃機関であるエンジン１を構成する複数の気筒１ｄのうち、一部の気筒１ｄに対して遅角制御を実行し、その他の気筒１ｄに対して進角制御を実行するように、点火時期補正量Δθa，Δθbを選定する。

より具体的には、処理Ｐ４４において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、たとえば、図２に示すエンジン１を構成する複数の気筒１ｄのうち、＃２と＃４の気筒１ｄに対し、遅角補正量としての正の点火時期補正量Δθaを算出する。また、処理Ｐ４５において、機能Ｆ１は、たとえば、図２に示すエンジン１を構成する複数の気筒１ｄのうち、＃１と＃３の気筒１ｄに対し、進角補正量としての負の点火時期補正量Δθbを算出する。

なお、進角制御または遅角制御を行う気筒１ｄは、上記の組み合わせに限定されない。また、遅角補正量である点火時期補正量Δθaと、進角補正量である点火時期補正量Δθbの算出方法は、前述の実施形態１および２と同様である。

また、処理Ｐ４６において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、たとえば、遅角制御によるトルク減少量Δτaと、進角制御によるトルク減少量Δτbに基づいて、点火時期補正量Δθa，Δθbを選定する。遅角制御によるトルク減少量Δτaと、進角制御によるトルク減少量Δτbは、たとえば、以下の式（１１）、（１２）に基づいて算出することができる。

Δτa ＝｛η_i(θ)－η_i(θ+Δθa)｝×Mf×Hl／（2×π×R） ・・・（１１）
Δτb ＝｛η_i(θ)－η_i(θ+Δθb)｝×Mf×Hl／（2×π×R） ・・・（１２）

ここで、Δτaは、遅角制御によるトルク減少量、Δτbは、進角制御によるトルク減少量、η_i(θ)は、点火時期θにおけるエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iである。また、Mfは、エンジン１の１サイクルあたりの燃料供給量［kg］、Hlは、燃料の低位発熱量［J/kg］、πは、円周率、Rは、クランク半径［m］である。

処理Ｐ４６において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、たとえば、遅角制御のトルク減少量Δτaが、進角制御のトルク減少量Δτbより大である場合、進角制御の点火時期補正量Δθとして、前述の処理Ｐ４５で算出した点火時期補正量Δθbを選定する。また、この場合、機能Ｆ１は、遅角制御の点火時期補正量Δθとして、たとえば、以下の式（１３）により、遅角制御のトルク減少量Δτaが、進角制御のトルク減少量Δτbと同等になる点火時期補正量Δθaを算出する。

Δθa＝θ_mbt-θ+{2×π×R×Δτa/(C×Mf×Hl)+(θ-θ_mbt)^２}^０．５・・・（１３）

上記の式（１３）において、θ_mbtは、エンジン１の図示トルクτ_aが最大となる点火時期θ、πは、円周率、Rは、クランク半径［m］、Mfは、エンジン１の１サイクルあたりの燃料供給量［kg］、Hlは、燃料の低位発熱量［J/kg］である。また、Cは、点火時期θに対するエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iを点火時期θの二次関数で近似した式の係数である。なお、その近似式は、上記の式（６）のようになる。なお、近似式を用いない場合には、点火時期θに応じたエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iをマップ化し、そのマップから遅角制御のトルク減少量Δτaが、進角制御のトルク減少量Δτbと同等になる点火時期補正量Δθaを導出することができる。

また、処理Ｐ４６において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、たとえば、進角制御のトルク減少量Δτbが、遅角制御のトルク減少量Δτaより大である場合、遅角制御の点火時期補正量Δθとして、前述の処理Ｐ４４で算出した点火時期補正量Δθaを選定する。また、この場合、機能Ｆ１は、進角制御の点火時期補正量Δθとして、たとえば、以下の式（１４）により、進角制御のトルク減少量Δτbが、遅角制御のトルク減少量Δτaと同等になる点火時期補正量Δθbを算出する。

Δθb＝θ_mbt-θ+{2×π×R×Δτb/(C×Mf×Hl)+(θ-θ_mbt)^２}^０．５・・・（１４）

上記の式（１４）において、θ_mbt、π、R、Mf、Hl等は、上記の式（１３）と同様である。なお、近似式を用いない場合には、点火時期θに応じたエンジン１の動力へのエネルギー配分η_iをマップ化し、そのマップから進角制御のトルク減少量Δτbが、遅角制御のトルク減少量Δτaと同等になる点火時期補正量Δθｂを導出することができる。

以上のように、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、処理Ｐ４４から処理Ｐ４６により、エンジン１の複数の気筒１ｄのうち、一部の気筒１ｄで遅角制御を行い、その他の気筒１ｄで進角制御を行うようにに、点火時期補正量Δθa，Δθbを選定する。その後、機能Ｆ１は、図１８に示す処理フローを終了する。

一方、前述の処理Ｐ４３において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、フラグＦが、触媒の加温と冷却水の加温を同時に行うモードＭ２ではない（ＮＯ）と判定すると、次の処理Ｐ４７を実行する。処理Ｐ４７において、機能Ｆ１は、フラグＦが、冷却水の加温を優先するモードＭ３であるか否かを判定する。

処理Ｐ４７において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、フラグＦが、冷却水の加温を優先するモードＭ３である（ＹＥＳ）と判定すると、次の処理Ｐ４８を実行する。処理Ｐ４８において、機能Ｆ１は、前述の実施形態１の機能Ｆ１による処理Ｐ２と同様に、エンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwを増加させる冷却水加温制御を実行する。より具体的には、処理Ｐ４８において、機能Ｆ１は、点火時期補正量Δθを負の値に設定する進角制御を実行し、図１８に示す処理フローを終了する。

一方、処理Ｐ４７において、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１は、フラグＦが、冷却水の加温を優先するモードＭ３ではない（ＮＯ）と判定すると、次の処理Ｐ４９を実行する。処理Ｐ４９において、機能Ｆ１は、前述の実施形態１の機能Ｆ１による処理Ｐ３と同様に、点火時期補正量Δθをゼロに設定し、図１８に示す処理フローを終了する。

図１９は、図１７および図１８に示す処理の結果を示すグラフである。図１９では、縦軸がフラグＦであるグラフが追加されている以外は、前述の実施形態２で説明した図１４および図１５に示すグラフと同様の縦軸を備えたグラフを示している。

また、図１９のエンジン１のオン、オフを示すグラフと、フラグＦを示すグラフを除く各グラフでは、従来の制御装置を用いた比較形態と本実施形態の制御装置１０の制御によるそれぞれのエンジン１の状態を、それぞれ実線と破線で表している。また、図１９に示す点火時期θのグラフでは、本実施形態の制御装置１０によって制御されるエンジン１の複数の気筒１ｄのうち、＃１と＃３の気筒１ｄの点火時期θを点線で示し、＃２と＃４の気筒１ｄの点火時期θを一点鎖線で示している。

図１９に示すように、時刻t0において、要求トルクτ_reqが入力されると、エンジン１が始動されてオンになる。ここでは、エンジン１の動作の理解を容易にするために、要求トルクτ_reqが一定の場合を説明する。

比較形態の制御装置は、エンジン１の始動時に、最適点火時期θoよりも点火時期θを遅らせる遅角制御を実施し、要求トルクτ_reqを満たすようにスロットル開度P_thrが設定される。この比較形態の制御装置の制御により、エンジン１の動作中に排気系の触媒である三元触媒１ｈに対してエネルギーが供給され、触媒温度T_catが増加する。また、比較形態の制御装置は、時刻t2において触媒温度T_catが所定の閾値を超えると、遅角制御を中止して、点火時期θを最適点火時期θoに戻している。

一方、本実施形態の制御装置１０の制御によるエンジン１は、時刻t0から時刻t1までの間、触媒温度T_catが第３閾値T3以下である。そのため、制御装置１０は、点火補正量を配分する機能Ｆ０により図１７に示す処理Ｐ３２を実行し、フラグＦを三元触媒１ｈの加温を優先するモードＭ１に設定する。これにより、本実施形態の制御装置１０は、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１により、図１８に示す処理Ｐ４２を実行し、遅角制御量としての正の点火時期補正量Δθを算出する。

その結果、図１９に示すように、時刻t0から時刻t1までの間、エンジン１のすべての気筒１ｄにおいて点火時期θを遅らせる遅角制御が行われる。これにより、触媒温度T_catの温度が速やかに上昇する。また、触媒温度T_catと第３閾値T3との差である触媒温度偏差ΔT_catが減少するにしたがって、遅角補正量としての点火時期補正量Δθが減少して、点火時期θが緩やかに進角する。

また、本実施形態の制御装置１０の制御によるエンジン１は、図１９において破線で示すように、時刻t1から時刻t2までの間、触媒温度T_catが、第３閾値T3を超え、第２閾値T2以下であり、冷却水温度T_cwが、第１閾値T1以下である。そのため、制御装置１０の点火補正量を配分する機能Ｆ０は、時刻t1から時刻t2までの間、図１７に示す処理Ｐ３５を実行し、フラグＦをエンジン１の三元触媒１ｈの加温と冷却水の加温とを同時に行うモードＭ２に設定する。

これにより、本実施形態の制御装置１０は、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１により、図１８に示す処理Ｐ４４から処理Ｐ４６を実行する。これにより、機能Ｆ１は、時刻t1から時刻t2までの間、前述のように、エンジン１を構成する複数の気筒１ｄのうち、一部の気筒１ｄに対して遅角制御を実行し、その他の気筒１ｄに対して進角制御を実行するように、点火時期補正量Δθa，Δθbを選定する。

より具体的には、本実施形態の制御装置１０は、時刻t1から時刻t2までの間、たとえば、エンジン１の＃１と＃３の気筒１ｄにおいて進角制御を実行し、エンジン１の＃２と＃４の気筒１ｄにおいて遅角制御を実行する。なお、エンジン１の＃１と＃４の気筒１ｄにおいて進角制御を実行し、エンジン１の＃２と＃３の気筒１ｄにおいて遅角制御を実行してもよい。その結果、時刻t1から時刻t2までの間、比較形態の制御装置の制御によるエンジン１よりも、エンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwが増加し、冷却水温度T_cwをより早期に上昇させることができる。

また、本実施形態の制御装置１０の制御によるエンジン１は、時刻t2から時刻t3までの間に、図１９において破線で示すように、触媒温度T_catが第３閾値T3および第２閾値T2を超え、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下になっている。そのため、制御装置１０の点火補正量を配分する機能Ｆ０は、時刻t2から時刻t3までの間に、図１７に示す処理Ｐ３７を実行し、フラグＦを冷却水の加温を優先するモードＭ３に設定する。

これにより、本実施形態の制御装置１０は、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１により、図１８に示す処理Ｐ４８を実行する。これにより、機能Ｆ１は、時刻t2から時刻t3までの間に、図１９の点火時期θのグラフに示すように、エンジン１のすべての気筒１ｄに対して進角制御を実行する。その結果、時刻t2から時刻t3までの間、比較形態の制御装置の制御によるエンジン１よりも、エンジン１から冷却水へのエネルギー配分η_cwが増加し、冷却水温度T_cwをより早期に上昇させることができる。

その後、本実施形態の制御装置１０の制御によるエンジン１は、時刻t3において、図１９において破線で示すように、冷却水温度T_cwが第１閾値T1を超えている。そのため、制御装置１０の点火補正量を配分する機能Ｆ０は、時刻t3以降に、図１７に示す処理Ｐ３８を実行し、フラグＦを、冷却水温度T_cwおよび触媒温度T_catを維持するモードＭ４に設定する。

これにより、本実施形態の制御装置１０は、点火時期補正量Δθを算出する機能Ｆ１により、図１８に示す処理Ｐ４９を実行する。これにより、機能Ｆ１は、時刻3以降に、点火時期補正量Δθをゼロに設定する。その結果、図１９の点火時期θのグラフに示すように、エンジン１のすべての気筒１ｄの点火時期θが、最適点火時期θoとなる。

以下、本実施形態の制御装置１０の作用を説明する。

本実施形態の制御装置１０は、前述のように、触媒温度T_catが第２閾値T2よりも低い第３閾値T3以下の場合に、前述の触媒加温制御において、排気へのエネルギー配分η_exhを冷却水へのエネルギー配分η_cwよりも増加させる。この構成により、三元触媒１ｈの温度が、所定の第３閾値T3よりも低い場合に、三元触媒１ｈの加温を優先させて、三元触媒１ｈの温度を速やかに上昇させることができ、排気の浄化性能を向上させることができる。

また、本実施形態の制御装置１０は、触媒温度T_catが第２閾値T2より高く、冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下の場合に、冷却水加温制御において、冷却水へのエネルギー配分η_cwを排気へのエネルギー配分η_exhよりも増加させる。この構成により、冷却水の温度を速やかに上昇させ、エンジン１の効率向上および暖房の速やかな使用が可能となる。

また、本実施形態の制御装置１０は、触媒温度T_catが第２閾値T2以下でかつ冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下の場合に、内燃機関を構成する複数の気筒１ｄのうち、一部の気筒１ｄに対して遅角制御を実行し、その他の気筒１ｄに対して進角制御を実行する。この構成により、冷却水温度T_cwと触媒温度T_catを効率よく上昇させることができる。

また、本実施形態の制御装置１０は、触媒温度T_catが第２閾値T2以下でかつ冷却水温度T_cwが第１閾値T1以下の場合に、すべての気筒１ｄで遅角制御と進角制御とを交互に実行してもよい。より具体的には、エンジン１の所定のサイクル数ごとに遅角制御と進角制御とを切り替えてもよい。この構成により、冷却水温度T_cwと触媒温度T_catを効率よく上昇させることができる。また、複数の気筒１ｄの間で点火時期θが同一になるため、一部の気筒１ｄとその他の気筒１ｄで別に点火時期θを設定する場合と比較して、制御が容易になる。

また、本実施形態の制御装置１０は、すべての気筒１ｄのトルクτが同等になるように遅角制御の遅角補正量と進角制御の進角補正量とを決定する。この構成により、エンジン１の運転を安定させることができる。

以上のように、本実施形態の制御装置１０によれば、触媒温度T_catや冷却水温度T_cwの状態に基づいて、点火時期補正量Δθを設定し、点火時期θの進角制御と遅角制御とを切り替えることで、触媒温度T_catを目標温度まで速やかに上昇させることができる。このようにエンジン１のエネルギーの配分を切り替えることで、排気性能の向上と冷却水温度の上昇による暖房性能の向上を両立することができる。前述の各実施形態では、点火時期θを、それぞれ、触媒温度T_catや冷却水温度T_cwとそれぞれの閾値との差に相関を持つように設定する例を説明したが、それぞれ進角限界値θ_lim(-)や遅角限界値θ_lim(+)に設定してもかまわない。

以上、図面を用いて本開示に係る内燃機関の制御装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１ エンジン（内燃機関）
１ｄ 気筒
１０ 制御装置
Ｐ２ 処理（冷却水加温制御、進角制御）
Ｐ５ 処理（触媒加温制御、遅角制御）
P_thr スロットル開度
T1 第１閾値
T2 第２閾値
T3 第３閾値
T_cat 触媒温度
T_cw 冷却水温度
θ 点火時期
θ_lim(+) 遅角限界値
θ_lim(-) 進角限界値
η_cw 冷却水へのエネルギー配分
η_exh 排気へのエネルギー配分
τ トルク

Claims (6)

1. 冷却水温度と排気系の触媒温度を取得して内燃機関の点火時期を制御する制御装置であって、
   前記冷却水温度が第１閾値以下の場合に前記内燃機関から冷却水へのエネルギー配分を増加させる冷却水加温制御と、
   前記触媒温度が第２閾値以下の場合に前記内燃機関から排気へのエネルギー配分を増加させる触媒加温制御と、を実行し、
   前記冷却水加温制御において前記点火時期を早める進角制御を実行し、
   前記触媒加温制御において前記点火時期を遅らせる遅角制御を実行し、
   前記触媒温度が前記第２閾値以下でかつ前記冷却水温度が前記第１閾値以下の場合に、前記内燃機関を構成する複数の気筒のうち、一部の前記気筒に対して前記遅角制御を実行し、その他の前記気筒に対して前記進角制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 冷却水温度と排気系の触媒温度を取得して内燃機関の点火時期を制御する制御装置であって、
   前記冷却水温度が第１閾値以下の場合に前記内燃機関から冷却水へのエネルギー配分を増加させる冷却水加温制御と、
   前記触媒温度が第２閾値以下の場合に前記内燃機関から排気へのエネルギー配分を増加させる触媒加温制御と、を実行し、
   前記冷却水加温制御において前記点火時期を早める進角制御を実行し、
   前記触媒加温制御において前記点火時期を遅らせる遅角制御を実行し、
   前記触媒温度が前記第２閾値以下でかつ前記冷却水温度が前記第１閾値以下の場合に、前記遅角制御と前記進角制御とを交互に実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 冷却水温度と排気系の触媒温度を取得して内燃機関の点火時期を制御する制御装置であって、
   前記冷却水温度が第１閾値以下の場合に前記内燃機関から冷却水へのエネルギー配分を増加させる冷却水加温制御と、
   前記触媒温度が第２閾値以下の場合に前記内燃機関から排気へのエネルギー配分を増加させる触媒加温制御と、を実行し、
   前記冷却水加温制御において前記点火時期を早める進角制御を実行し、
   前記触媒加温制御において前記点火時期を遅らせる遅角制御を実行し、
   前記進角制御において、前記第１閾値と前記冷却水温度との差が増大するほど前記点火時期を早める進角補正量を増大させ、
   前記進角制御において、前記進角補正量が進角限界値を超える場合に、前記進角補正量を前記進角限界値に設定し、
   前記進角限界値は、前記内燃機関の駆動系へのエネルギー配分と前記冷却水へのエネルギー配分との合計が最大になる点火時期に基づいて設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 前記遅角制御において、前記第２閾値と前記触媒温度との差が増大するほど前記点火時期を遅らせる遅角補正量を増大させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. すべての前記気筒のトルクが同等になるように前記遅角制御の遅角補正量と前記進角制御の進角補正量とを決定す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。
6. 前記遅角制御において、前記遅角補正量が遅角限界値を超える場合に、前記遅角補正量を前記遅角限界値に設定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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