内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、排気通路にＰＭフィルタを備えるストイキバーンエンジンにおいて、ＰＭフィルタの過昇温の発生を良好に回避することができ、これにより、ＰＭフィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なしに継続させ易くすることを目的とする。
【解決手段】理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関１０を備える。内燃機関１０の排気通路１２に、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（ＰＭフィルタ）１８を備える。ＰＭフィルタ１８が過昇温すると判定された場合には、減速時の燃料カットを禁止する。また、ＰＭフィルタ１８が過昇温すると判定された場合には、上記燃料カットの禁止に先立って、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を制御する。
【解決手段】理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関１０を備える。内燃機関１０の排気通路１２に、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（ＰＭフィルタ）１８を備える。ＰＭフィルタ１８が過昇温すると判定された場合には、減速時の燃料カットを禁止する。また、ＰＭフィルタ１８が過昇温すると判定された場合には、上記燃料カットの禁止に先立って、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に粒子状物質ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタを備える内燃機関を制御するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、排気通路に粒子状物質ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、「ＰＭフィルタ」）を備えるディーゼルエンジンの排気浄化システムが開示されている。この従来のシステムでは、ＰＭフィルタの再生処理中に燃料供給の停止（燃料カット）を行う減速運転状態になった場合には、ＰＭフィルタが過昇温しないと判定された場合にのみ、吸気絞り弁の開度を減少させるとともにＥＧＲ弁の開度を増加させるようにしている。
【０００３】
上記従来のシステムは、上述した制御を行うことによって、ＰＭフィルタの再生処理中にディーゼルエンジンの運転状態が減速運転状態になった場合に、ＰＭフィルタの温度低下を抑制するとともに、ＰＭフィルタが過昇温することを抑制している。これにより、上記従来のシステムは、ＰＭフィルタの再生処理を良好に継続させることを図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０１２１０号公報
【特許文献２】特開平８−３２６５２４号公報
【特許文献３】特開２００３−１２９８３５号公報
【特許文献４】実開昭６４−３０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の制御は、ディーゼルエンジンのようなリーンバーン運転を行う内燃機関を想定したＰＭフィルタへの流入ガスの温度制御であり、理論空燃比となるように行う空燃比の制御を基本制御とする内燃機関、つまり、ガソリンエンジンのようなストイキバーン運転を行う内燃機関を想定したものではない。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気通路にＰＭフィルタを備えるストイキバーンエンジンにおいて、ＰＭフィルタの過昇温の発生を良好に回避することができ、これにより、ＰＭフィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なしに継続させ易くすることの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】
【０００７】
第１の発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に備え、理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを判定するフィルタＯＴ判定手段と、
前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりもリーンな雰囲気となるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記パティキュレートフィルタの雰囲気のリーン度合いに基づいて、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の燃焼速度を制御することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に備え、理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の減速時に燃料カットを実施する燃料カット制御手段と、
前記燃料カットを実行することによって前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを判定するフィルタＯＴ判定手段と、
前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、減速時に燃料カットを実行するのを禁止する燃料カット禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、前記内燃機関の制御装置は、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段を更に備え、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、前記燃料カット禁止手段による減速時の燃料カットの禁止に先立ち、前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第４の発明において、前記空燃比制御手段は、前記弱リーン制御を開始した後は、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタが過昇温しないと判定されるようになるまでの間、前記弱リーン制御の実行を継続することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第３の発明において、前記フィルタＯＴ判定手段は、前記パティキュレートフィルタに対して想定される過昇温の度合いを判別するＯＴ度合判別手段を含み、
前記内燃機関の制御装置は、
前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御する空燃比制御手段と、
前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタの過昇温の度合いが比較的高いと判断された場合には、前記燃料カット禁止手段による減速時の燃料カットの禁止を選択し、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタの過昇温の度合いが比較的低いと判断された場合には、前記空燃比制御手段による前記弱リーン制御の実行を選択するフィルタＯＴ回避制御選択手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第４乃至第６の何れかの発明において、前記内燃機関の制御装置は、
排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な触媒と、
前記触媒よりも上流側の排気通路に配置され、筒内から排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得する上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流側の排気通路に配置され、前記触媒の下流に排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得する下流側空燃比センサとを更に備え、
前記パティキュレートフィルタは、前記下流側空燃比センサよりも上流側の排気通路に配置されており、
前記空燃比制御手段は、前記弱リーン制御の実行時には、前記下流側空燃比センサの出力に基づいて、前記パティキュレートフィルタの雰囲気を弱リーンな雰囲気に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温が懸念されると判断された場合に、当該フィルタの雰囲気がリーン雰囲気となるように制御される。ストイキバーン運転を行う内燃機関では、ディーゼルエンジンなどのリーンバーンエンジンに対して、パティキュレートフィルタの雰囲気が高温となり易い。このため、ストイキバーン運転を行う内燃機関では、当該フィルタの雰囲気をリーン雰囲気とすることにより、当該フィルタに堆積された粒子状物質ＰＭを燃焼除去することができる。本発明によれば、基本的にストイキバーン運転を行う内燃機関を備えるシステムにおいて、パティキュレートフィルタへの粒子状物質ＰＭの堆積量を当該フィルタの過昇温の心配のない適正なレベルに維持させることができるようになる。これにより、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の発生を良好に回避することができるので、当該フィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なく継続させ易くすることが可能となる。
【００１５】
粒子状物質ＰＭが捕集されたパティキュレートフィルタに供給される酸素量が増えるにつれ、粒子状物質ＰＭの燃焼速度（当該フィルタの再生速度）が速くなり、その結果、粒子状物質ＰＭの燃焼温度が高くなる。第２の発明によれば、パティキュレートフィルタの雰囲気のリーン度合いに基づいて粒子状物質ＰＭの燃焼速度を制御することにより、捕集された粒子状物質ＰＭの燃焼温度が異常高温とならない範囲内で、粒子状物質ＰＭを燃焼除去することが可能となる。
【００１６】
第３の発明によれば、粒子状物質ＰＭが十分に堆積された高温のパティキュレートフィルタへの酸素の供給量が急増するのを抑制することができる。このため、ストイキバーン運転を行う内燃機関において、燃料カットの実行に伴いパティキュレートフィルタが異常高温となるのを避けることができ、当該フィルタの溶損を好適に防止することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温が懸念されると判断された場合には、燃料カットの禁止に先立って弱リーン制御が実行される。つまり、本発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温が懸念され始める早期の段階において、弱リーン制御によって粒子状物質ＰＭが速やかに燃焼除去されるようになる。このため、本発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の防止と、燃料カットの実行時間の確保による燃費向上とを好適に両立させることができる。また、このように、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の発生を良好に回避することができることにより、基本的にストイキバーン運転を行う内燃機関を備えるシステムにおいて、当該フィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なく継続させ易くすることが可能となる。
【００１８】
第５の発明によれば、燃料カットの実行に伴う異常高温による溶損の発生が懸念される程度にまでパティキュレートフィルタへの粒子状物質ＰＭの堆積が進行するのを回避することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、パティキュレートフィルタに対して想定される過昇温の度合いに応じて、燃料カットの禁止および弱リーン制御の実行の何れか一方が選択される。このため、本発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の防止と、燃料カットの実行時間の確保による燃費向上とを好適に両立させることができる。また、このように、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の発生を良好に回避することができることにより、基本的にストイキバーン運転を行う内燃機関を備えるシステムにおいて、当該フィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なく継続させ易くすることが可能となる。
【００２０】
第７の発明によれば、触媒の下流に排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得するべく当該触媒よりも下流側の排気通路に配置された下流側空燃比センサを利用して、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの酸素濃度を正確に制御することができるようになる。これにより、ＮＯｘ浄化能の悪化を最小限に留めつつ、上記弱リーン制御を精度良く行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関システムを説明するための概略図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、理論空燃比（ストイキ）となるように行う空燃比の制御を基本制御として燃焼を行うストイキバーンエンジンであり、ここでは、内燃機関１０は、そのようなストイキバーン運転を行う内燃機関の一例として、ガソリンエンジンであるものとする。
【００２２】
内燃機関１０には、排気通路１２が備えられている。排気通路１２には、筒内から排出される排気ガスの空燃比を検出するためのメインリニアＡ／Ｆセンサ（以下、単に「Ａ／Ｆセンサ」と略する）１４が配置されている。Ａ／Ｆセンサ１４は、排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサである。
【００２３】
Ａ／Ｆセンサ１４よりも下流側の排気通路１２には、排気ガス中に含まれる三元成分（（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を浄化可能な上流側三元触媒１６が配置されている。上流側三元触媒１６よりも下流側の排気通路１２には、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭを捕集して除去可能なパティキュレートフィルタ（以下、「ＰＭフィルタ」と称する）１８が配置されている。
【００２４】
ＰＭフィルタ１８よりも下流側の排気通路１２には、その位置の空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じた信号を発するサブＯ２センサ２０が配置されている。更に、サブＯ２センサ２０よりも下流側の排気通路１２には、排気ガス中に含まれる上記三元成分を浄化可能な下流側三元触媒２２が配置されている。尚、上流側三元触媒１６の上流側に配置される空燃比センサは、上記のメインリニアＡ／Ｆセンサ１４でなくても、サブＯ２センサ２０と同様の構成の酸素センサであってもよい。
【００２５】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２４を備えている。ＥＣＵ２４には、上述したＡ／Ｆセンサ１４やサブＯ２センサ２０とともに内燃機関１０を制御するための各種情報（エンジン冷却水温度、吸入空気量、エンジン回転数、スロットル開度、アクセル開度など）を計測するための各種センサ（図示省略）が接続されている。また、ＥＣＵ２４には、スロットルバルブ、燃料噴射弁、点火プラグ等の各種アクチュエータ（図示省略）が接続されている。
【００２６】
（空燃比のフィードバック制御）
本実施形態の内燃機関１０は、上述したように、理論空燃比となるように行う空燃比の制御を基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関である。より具体的には、本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ１４およびサブＯ２センサ２０の出力を利用した以下のような空燃比のフィードバック制御を実行することによって、空燃比を理論空燃比近傍の値に制御するようにしている。すなわち、本実施形態のシステムでは、上流側のＡ／Ｆセンサ１４の出力に基づいてメインのフィードバック制御が実行される。そして、下流側のサブＯ２センサ２０の出力に基づいてサブのフィードバック制御が実行される。メインフィードバック制御では、上流側三元触媒１６に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。また、サブフィードバック制御では、上流側三元触媒１６の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、メインフィードバック制御の内容が修正される。
【００２７】
（ＰＭフィルタによるＰＭの捕集と再生処理）
図１に示すＰＭフィルタ１８によれば、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して、大気中に放出されるのを抑制することができる。このようなＰＭフィルタ１８を備えるシステムでは、ＰＭを継続的に捕集し続けるためには、捕集されたＰＭを除去してＰＭフィルタ１８の捕集能力を再生するための再生処理が必要となる。そのようなＰＭの再生処理としては、ＰＭフィルタ１８を高温かつリーンな雰囲気下に置くことによって捕集されたＰＭを燃焼除去する処理が考えられる。より具体的には、ストイキバーンエンジンを備える本実施形態のシステムにおいては、そのようなＰＭフィルタ１８の定常的な再生処理として、ＰＭフィルタ１８に対して外部から酸素を供給する構成を備えるなどしてＰＭフィルタ１８を連続的に再生する連続再生処理を行うようにしている。
【００２８】
［実施の形態１の特徴部分］
（ＰＭフィルタの再生に伴うストイキバーンエンジン特有の課題）
ところで、本実施形態の内燃機関１０のように、空燃比が理論空燃比となるように制御された状態で燃焼を行うストイキバーンエンジンでは、ディーゼルエンジンなどの希薄燃焼運転を行うリーンバーンエンジンに比して、燃焼温度が高くなる傾向にある。その結果、ストイキバーンエンジンでは、リーンバーンエンジンに比して、ＰＭフィルタ１８の雰囲気温度が高い状態になり易くなる。その一方で、ストイキバーンエンジンの場合は、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が基本的にストイキ雰囲気となるので、リーンバーンエンジンに比して、ＰＭフィルタ１８の雰囲気に十分な量の酸素を確保しにくくなる。
【００２９】
そのようなストイキバーンエンジンにおいて、内燃機関１０の運転中に減速要求が出されることによって燃料カットが実行されることになると、ストイキ雰囲気下にあったＰＭフィルタ１８の雰囲気における酸素濃度が急激に上昇することになる。この際、ＰＭフィルタ１８が高温状態であった場合には、ＰＭフィルタ１８に急激に大量の酸素が供給されることによって、ＰＭフィルタ１８に堆積されていたＰＭが一気に燃焼することとなる。
【００３０】
ＰＭの燃焼が行われる際、燃料であるＰＭへの酸素の投入量が増えるにつれ、当該酸化反応の反応速度（つまり、ＰＭの燃焼速度）が高くなる。ＰＭの燃焼に伴うＰＭフィルタ１８の温度上昇度合いは、ＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積量がより多い場合ほど、また、上記反応速度（ＰＭの燃焼速度）がより高い場合ほど、大きくなる。
【００３１】
従って、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量が多くなっており、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度が高くなっている状況下において、減速要求が出されて燃料カットが実行されることになると、ＰＭフィルタ１８が急激に昇温してしまう。その結果、ＰＭフィルタ１８がその上限温度を越えて過昇温した場合には、ＰＭフィルタ１８が溶損してしまうことが懸念される。
【００３２】
（実施の形態１の特徴的な制御の概要）
そこで、本実施形態では、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量が比較的多くなり、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度が比較的高温であることで、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念される第１段階にあると判断できる場合には、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が理論空燃比よりも若干リーンな弱リーンとなるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御するようにした。そして、この弱リーン制御時には、堆積されたＰＭの燃焼によってＰＭフィルタ１８がそのフィルタ上限温度を越えて異常高温とならないようにすべく、サブＯ２センサ２０の出力を利用したＰＭフィルタ１８の雰囲気のリーン度合いの調整によって、ＰＭの燃焼速度（つまり、ＰＭの再生速度）を制御するようにした。
【００３３】
更に、本実施形態では、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量が十分に多くなっており、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度が十分に高くなっていることで、減速時に燃料カットが実行された場合にはＰＭフィルタ１８が上記フィルタ上限温度を越えて異常高温となる第２段階にあると判断できる場合には、減速時に燃料カットの実行を禁止するようにした。
【００３４】
（実施の形態１における具体的な処理）
図２は、上記の機能を実現するために、ＥＣＵ２４が実行するルーチンを表したフローチャートである。
図２に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０がストイキバーン運転を行うための空燃比（Ａ／Ｆ）の上記フィードバック制御の実施中であるか否かが判別される（ステップ１００）。
【００３５】
その結果、当該フィードバック制御の実施中であると判定された場合には、ＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積量spmが所定値spm1以上であるか否かが判別される（ステップ１０２）。当該所定値spm1は、ＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積量spmが、減速時に燃料カットが実行された場合に当該ＰＭフィルタ１８が上記フィルタ上限温度を越えて異常高温となることが懸念される程度の堆積量であるか否かを判断するための閾値である。
【００３６】
また、本ステップ１０２において、ＰＭの堆積量spmは、内燃機関１０の運転履歴（冷却水温度、空燃比、吸入空気量）、ＰＭフィルタ１８の温度、および、ＰＭフィルタ１８の雰囲気の酸素濃度履歴に基づいて判断される。尚、ＰＭフィルタ１８の温度は、内燃機関１０の運転条件（エンジン回転数や負荷率）に基づいて推定することができ、また、ＰＭフィルタ１８の雰囲気における酸素濃度履歴は、ＰＭフィルタ１８の下流側に配置されているサブＯ２センサ２０の出力に基づいて取得することができる。
【００３７】
上記ステップ１０２において、フィルタ堆積ＰＭ量spm＞所定値spm1であると判定された場合には、次いで、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt1以上であるか否かが判別される（ステップ１０４）。当該所定値tempflt1は、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが減速時に燃料カットが実行された場合にＰＭフィルタ１８の溶損が生じさせる程度の温度であるか否かを判断するための閾値である。
【００３８】
上記ステップ１０４において、フィルタ温度tempflt＞所定値tempflt1であると判定された場合、つまり、上記ステップ１０２および１０４の判定が共に成立していることで、ＰＭフィルタ１８が現在置かれている状態で燃料カットが実行された場合にＰＭフィルタ１８の溶損が懸念されると判断できる場合（上記第２段階にある場合）には、減速時に燃料カット（Ｆ／Ｃ）の実行を禁止するＦ／Ｃ禁止制御が開始される（ステップ１０６）。
【００３９】
一方、上記ステップ１０２または１０４の判定が不成立である場合には、上記Ｆ／Ｃ禁止制御が終了される（ステップ１０８）。つまり、通常の燃料カット制御の実行が許可された状態とされる。この場合には、次いで、ＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積量spmが所定値spm2以上であるか否かが判別される（ステップ１１０）。当該所定値spm2は、ＰＭフィルタ１８が過昇温することなく良好な再生処理が継続できるか否かを判断するための閾値である。また、当該所定値spm2は、上記所定値spm1よりも小さな値に設定されている。
【００４０】
上記ステップ１１０において、フィルタ堆積ＰＭ量spm＞所定値spm2であると判定された場合には、次いで、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt2以上であるか否かが判別される（ステップ１１２）。当該所定値tempflt2は、ＰＭフィルタ１８が過昇温することなく良好な再生処理が継続できるか否かを判断するための閾値である。また、当該所定値tempflt2は、上記所定値tempflt1よりも小さな値に設定されている。
【００４１】
上記ステップ１１２において、フィルタ温度tempflt＞所定値tempflt2であると判定された場合、つまり、上記ステップ１１０および１１２の判定が共に成立していることで、ＰＭフィルタ１８が現在置かれている状態で多量の酸素が不用意にＰＭフィルタ１８に供給された場合にＰＭフィルタ１８が過昇温することが懸念されると判断できる場合（上記第１段階にある場合）には、Ｆ／Ｃ禁止制御の実施に先立って、先ず、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな空燃比となるようにするための弱リーン制御が実行される（ステップ１１４）。
【００４２】
本ステップ１１４における弱リーン制御では、サブＯ２センサ２０の出力を利用して、ＰＭフィルタ１８の雰囲気のリーン度合いを制御することによって、ＰＭの燃焼速度（ＰＭフィルタの再生速度）が制御される。既述したように、ＰＭフィルタ１８に供給される酸素量が増えるにつれ、ＰＭの燃焼速度が速くなり、その結果、ＰＭの燃焼温度が高くなる。このため、本ステップ１１４では、弱リーン制御によるＰＭフィルタ１８への酸素の供給によってＰＭフィルタ１８の過昇温が生じない範囲内で、現在のフィルタ堆積ＰＭ量spmおよびフィルタ温度tempfltの状態に応じて、ＰＭフィルタ１８の雰囲気のリーン度合いが調整される。
【００４３】
また、上記のような弱リーン制御におけるリーン度合いの調整は、ＰＭフィルタ１８の上流側に配置されたＡ／Ｆセンサ１４の制御目標空燃比をリーン化することによって行うものであってもよく、或いは、ＰＭフィルタ１８の下流側に配置されたサブＯ２センサ２０の制御目標空燃比をリーン化することによって行うものであってもよい。
【００４４】
一方、上記ステップ１１０または１１２の判定が不成立である場合には、上記弱リーン制御が終了される（ステップ１１６）。つまり、空燃比の制御が、理論空燃比を目標とする通常の空燃比のフィードバック制御に戻される。
【００４５】
以上説明した図２に示すルーチンによれば、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量spmが所定値spm1を越えて十分に多くなっており、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt1を越えて十分に高くなっていることで、減速時に燃料カットが実行された場合にはＰＭフィルタ１８が上記フィルタ上限温度を越えて異常高温となる第２段階にあると判断できる場合には、減速時に燃料カットの実行が禁止される。このような制御によれば、燃料カットの禁止により、ＰＭが十分に堆積された高温のＰＭフィルタ１８への酸素の供給量が急増するのを抑制することができる。このため、ＰＭフィルタ１８が異常高温となるのを避けることができ、ＰＭフィルタ１８の溶損を好適に防止することができる。
【００４６】
また、上記図２に示すルーチンによれば、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量spmが所定値spm2（＜spm1）を越えて比較的多くなり、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt2（＜tempflt1）を越えて比較的高温であることで、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念される第１段階にあると判断できる場合には、燃料カットの禁止に先立って、ＰＭフィルタ１８の雰囲気がリーン雰囲気となるように上記弱リーン制御が実行される。言い換えれば、上記ルーチンによれば、ＰＭフィルタ１８に対して想定される過昇温の度合いに応じて、減速時の燃料カットの禁止制御および弱リーン制御の何れか一方が選択されるようになる。また、上記ルーチンによれば、ＰＭフィルタ１８の過昇温回避のために行われる弱リーン制御は、一旦開始されると、上記ステップ１１０においてＰＭフィルタ１８が過昇温しないと判定されるようになるまで継続して実行される。
【００４７】
このような弱リーン制御によれば、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念される程度にまでＰＭが堆積された時点で、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量spmおよびＰＭフィルタ１８の温度tempfltに応じて、酸素供給量（リーン度合い）の調整によるＰＭの燃焼速度（ＰＭの再生速度）の制御が実行される。これにより、ＰＭフィルタ１８に堆積されたＰＭの燃焼温度が異常高温とならない範囲内でＰＭの燃焼除去を実行することができ、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念されない適正なレベルにまで速やかにフィルタ堆積ＰＭ量spmを減らすことができる。このため、燃料カットの実行に伴う異常高温による溶損の発生が懸念される程度にまでＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積が進行するのを回避することができる。
【００４８】
また、このような弱リーン制御によれば、減速時に燃料カットが実行されることになっても、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltがその上限温度を越えないようにフィルタ堆積ＰＭ量spmを適正な量に減らしていくことができるようになる。このため、減速時の燃料カットの禁止を極力避けることができる。つまり、ＰＭフィルタ１８の過昇温の防止と、燃料カットの実行時間の確保による燃費向上とを好適に両立させることができる。
【００４９】
以上のように、本実施形態では、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念される上記第１段階に達した時点で、ＰＭフィルタ１８の雰囲気がリーン雰囲気となるように上記弱リーン制御が実行される。このため、基本的にストイキバーン運転を行う内燃機関１０を備えるシステムにおいて、フィルタ堆積ＰＭ量spmを過昇温の心配のない適正なレベルに維持させることによってＰＭフィルタ１８の過昇温（およびそれに伴うＰＭフィルタ１８の溶損）の発生を良好に回避することができるので、ＰＭフィルタ１８に捕集されたＰＭの連続的な再生処理を弊害なく継続させ易くすることが可能となる。
【００５０】
また、上記ルーチンの処理によれば、フィルタ堆積ＰＭ量spmが燃料カットの実行を禁止すべき所定値spm1を越えている場合であっても、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt1から所定値tempflt2の間にある場合には、フィルタ堆積ＰＭ量spmに応じた弱リーン制御によって、堆積されたＰＭが燃焼除去される。
【００５１】
また、このような弱リーン制御を行うと、結果的に上流側三元触媒１６へもリーンなガスが供給されることになる。このため、弱リーン制御が長く継続されると、ＮＯｘ浄化能の悪化を招くおそれがある。しかしながら、本実施形態の弱リーン制御では、サブＯ２センサ２０の出力を利用して、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が弱リーン雰囲気となるように制御される。このような制御によれば、上流側三元触媒１６のための上記サブフィードバック制御用に備えられたセンサを使って、ＰＭフィルタ１８を通過する排気ガスの酸素濃度を正確に制御することができるようになる。これにより、ＮＯｘ浄化能の悪化を最小限に留めつつ、上記弱リーン制御を精度良く行えるようになる。
【００５２】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ２４が、上記ステップ１０２および１０４、または上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記第１または第３の発明における「フィルタＯＴ判定手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ２４が、内燃機関１０の減速時に所定の成立条件に基づいて燃料カットの実施を制御することにより前記第３の発明における「燃料カット制御手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「燃料カット禁止手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ２４が上記ステップ１１４および１１６の処理を実行することにより前記第４または第６の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ２４が上記ステップ１０２、１０４、１１０、および１１２の処理を実行することにより前記第６の発明における「ＯＴ度合判別手段」が、上記図２に示す一連の処理を実行することにより前記第６の発明における「フィルタＯＴ回避制御選択手段」が、それぞれ実現されている。
また、上流側三元触媒１６、メインリニアＡ／Ｆセンサ１４、および、サブＯ２センサ２０が、前記第７の発明における「触媒」、「上流側空燃比センサ」、および、「下流側空燃比センサ」に、それぞれ相当している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関システムを説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 内燃機関
１２ 排気通路
１４ メインリニアＡ／Ｆセンサ
１６ 上流側三元触媒
１８ パティキュレートフィルタ（ＰＭフィルタ）
２０ サブＯ２センサ
２２ 下流側三元触媒
２４ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
spm パティキュレートフィルタへの粒子状物質ＰＭの堆積量
tempflt パティキュレートフィルタの温度
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、内燃機関の排気通路に粒子状物質ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタを備える内燃機関を制御するうえで好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、排気通路に粒子状物質ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（以下、「ＰＭフィルタ」）を備えるディーゼルエンジンの排気浄化システムが開示されている。この従来のシステムでは、ＰＭフィルタの再生処理中に燃料供給の停止（燃料カット）を行う減速運転状態になった場合には、ＰＭフィルタが過昇温しないと判定された場合にのみ、吸気絞り弁の開度を減少させるとともにＥＧＲ弁の開度を増加させるようにしている。
【０００３】
上記従来のシステムは、上述した制御を行うことによって、ＰＭフィルタの再生処理中にディーゼルエンジンの運転状態が減速運転状態になった場合に、ＰＭフィルタの温度低下を抑制するとともに、ＰＭフィルタが過昇温することを抑制している。これにより、上記従来のシステムは、ＰＭフィルタの再生処理を良好に継続させることを図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０１２１０号公報
【特許文献２】特開平８−３２６５２４号公報
【特許文献３】特開２００３−１２９８３５号公報
【特許文献４】実開昭６４−３０１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の制御は、ディーゼルエンジンのようなリーンバーン運転を行う内燃機関を想定したＰＭフィルタへの流入ガスの温度制御であり、理論空燃比となるように行う空燃比の制御を基本制御とする内燃機関、つまり、ガソリンエンジンのようなストイキバーン運転を行う内燃機関を想定したものではない。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気通路にＰＭフィルタを備えるストイキバーンエンジンにおいて、ＰＭフィルタの過昇温の発生を良好に回避することができ、これにより、ＰＭフィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なしに継続させ易くすることの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】
【０００７】
第１の発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に備え、理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを判定するフィルタＯＴ判定手段と、
前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりもリーンな雰囲気となるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記パティキュレートフィルタの雰囲気のリーン度合いに基づいて、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の燃焼速度を制御することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に備え、理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の減速時に燃料カットを実施する燃料カット制御手段と、
前記燃料カットを実行することによって前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを判定するフィルタＯＴ判定手段と、
前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、減速時に燃料カットを実行するのを禁止する燃料カット禁止手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、前記内燃機関の制御装置は、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段を更に備え、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、前記燃料カット禁止手段による減速時の燃料カットの禁止に先立ち、前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第４の発明において、前記空燃比制御手段は、前記弱リーン制御を開始した後は、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタが過昇温しないと判定されるようになるまでの間、前記弱リーン制御の実行を継続することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第３の発明において、前記フィルタＯＴ判定手段は、前記パティキュレートフィルタに対して想定される過昇温の度合いを判別するＯＴ度合判別手段を含み、
前記内燃機関の制御装置は、
前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御する空燃比制御手段と、
前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタの過昇温の度合いが比較的高いと判断された場合には、前記燃料カット禁止手段による減速時の燃料カットの禁止を選択し、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタの過昇温の度合いが比較的低いと判断された場合には、前記空燃比制御手段による前記弱リーン制御の実行を選択するフィルタＯＴ回避制御選択手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第４乃至第６の何れかの発明において、前記内燃機関の制御装置は、
排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な触媒と、
前記触媒よりも上流側の排気通路に配置され、筒内から排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得する上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流側の排気通路に配置され、前記触媒の下流に排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得する下流側空燃比センサとを更に備え、
前記パティキュレートフィルタは、前記下流側空燃比センサよりも上流側の排気通路に配置されており、
前記空燃比制御手段は、前記弱リーン制御の実行時には、前記下流側空燃比センサの出力に基づいて、前記パティキュレートフィルタの雰囲気を弱リーンな雰囲気に制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温が懸念されると判断された場合に、当該フィルタの雰囲気がリーン雰囲気となるように制御される。ストイキバーン運転を行う内燃機関では、ディーゼルエンジンなどのリーンバーンエンジンに対して、パティキュレートフィルタの雰囲気が高温となり易い。このため、ストイキバーン運転を行う内燃機関では、当該フィルタの雰囲気をリーン雰囲気とすることにより、当該フィルタに堆積された粒子状物質ＰＭを燃焼除去することができる。本発明によれば、基本的にストイキバーン運転を行う内燃機関を備えるシステムにおいて、パティキュレートフィルタへの粒子状物質ＰＭの堆積量を当該フィルタの過昇温の心配のない適正なレベルに維持させることができるようになる。これにより、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の発生を良好に回避することができるので、当該フィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なく継続させ易くすることが可能となる。
【００１５】
粒子状物質ＰＭが捕集されたパティキュレートフィルタに供給される酸素量が増えるにつれ、粒子状物質ＰＭの燃焼速度（当該フィルタの再生速度）が速くなり、その結果、粒子状物質ＰＭの燃焼温度が高くなる。第２の発明によれば、パティキュレートフィルタの雰囲気のリーン度合いに基づいて粒子状物質ＰＭの燃焼速度を制御することにより、捕集された粒子状物質ＰＭの燃焼温度が異常高温とならない範囲内で、粒子状物質ＰＭを燃焼除去することが可能となる。
【００１６】
第３の発明によれば、粒子状物質ＰＭが十分に堆積された高温のパティキュレートフィルタへの酸素の供給量が急増するのを抑制することができる。このため、ストイキバーン運転を行う内燃機関において、燃料カットの実行に伴いパティキュレートフィルタが異常高温となるのを避けることができ、当該フィルタの溶損を好適に防止することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温が懸念されると判断された場合には、燃料カットの禁止に先立って弱リーン制御が実行される。つまり、本発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温が懸念され始める早期の段階において、弱リーン制御によって粒子状物質ＰＭが速やかに燃焼除去されるようになる。このため、本発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の防止と、燃料カットの実行時間の確保による燃費向上とを好適に両立させることができる。また、このように、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の発生を良好に回避することができることにより、基本的にストイキバーン運転を行う内燃機関を備えるシステムにおいて、当該フィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なく継続させ易くすることが可能となる。
【００１８】
第５の発明によれば、燃料カットの実行に伴う異常高温による溶損の発生が懸念される程度にまでパティキュレートフィルタへの粒子状物質ＰＭの堆積が進行するのを回避することができる。
【００１９】
第６の発明によれば、パティキュレートフィルタに対して想定される過昇温の度合いに応じて、燃料カットの禁止および弱リーン制御の実行の何れか一方が選択される。このため、本発明によれば、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の防止と、燃料カットの実行時間の確保による燃費向上とを好適に両立させることができる。また、このように、パティキュレートフィルタの過昇温（およびそれに伴う当該フィルタの溶損）の発生を良好に回避することができることにより、基本的にストイキバーン運転を行う内燃機関を備えるシステムにおいて、当該フィルタに捕集された粒子状物質ＰＭの連続的な再生処理を弊害なく継続させ易くすることが可能となる。
【００２０】
第７の発明によれば、触媒の下流に排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得するべく当該触媒よりも下流側の排気通路に配置された下流側空燃比センサを利用して、パティキュレートフィルタを通過する排気ガスの酸素濃度を正確に制御することができるようになる。これにより、ＮＯｘ浄化能の悪化を最小限に留めつつ、上記弱リーン制御を精度良く行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関システムを説明するための概略図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、理論空燃比（ストイキ）となるように行う空燃比の制御を基本制御として燃焼を行うストイキバーンエンジンであり、ここでは、内燃機関１０は、そのようなストイキバーン運転を行う内燃機関の一例として、ガソリンエンジンであるものとする。
【００２２】
内燃機関１０には、排気通路１２が備えられている。排気通路１２には、筒内から排出される排気ガスの空燃比を検出するためのメインリニアＡ／Ｆセンサ（以下、単に「Ａ／Ｆセンサ」と略する）１４が配置されている。Ａ／Ｆセンサ１４は、排気ガスの空燃比に対してほぼリニアな出力を発するセンサである。
【００２３】
Ａ／Ｆセンサ１４よりも下流側の排気通路１２には、排気ガス中に含まれる三元成分（（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を浄化可能な上流側三元触媒１６が配置されている。上流側三元触媒１６よりも下流側の排気通路１２には、排気ガス中に含まれる粒子状物質ＰＭを捕集して除去可能なパティキュレートフィルタ（以下、「ＰＭフィルタ」と称する）１８が配置されている。
【００２４】
ＰＭフィルタ１８よりも下流側の排気通路１２には、その位置の空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じた信号を発するサブＯ２センサ２０が配置されている。更に、サブＯ２センサ２０よりも下流側の排気通路１２には、排気ガス中に含まれる上記三元成分を浄化可能な下流側三元触媒２２が配置されている。尚、上流側三元触媒１６の上流側に配置される空燃比センサは、上記のメインリニアＡ／Ｆセンサ１４でなくても、サブＯ２センサ２０と同様の構成の酸素センサであってもよい。
【００２５】
図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２４を備えている。ＥＣＵ２４には、上述したＡ／Ｆセンサ１４やサブＯ２センサ２０とともに内燃機関１０を制御するための各種情報（エンジン冷却水温度、吸入空気量、エンジン回転数、スロットル開度、アクセル開度など）を計測するための各種センサ（図示省略）が接続されている。また、ＥＣＵ２４には、スロットルバルブ、燃料噴射弁、点火プラグ等の各種アクチュエータ（図示省略）が接続されている。
【００２６】
（空燃比のフィードバック制御）
本実施形態の内燃機関１０は、上述したように、理論空燃比となるように行う空燃比の制御を基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関である。より具体的には、本実施形態では、Ａ／Ｆセンサ１４およびサブＯ２センサ２０の出力を利用した以下のような空燃比のフィードバック制御を実行することによって、空燃比を理論空燃比近傍の値に制御するようにしている。すなわち、本実施形態のシステムでは、上流側のＡ／Ｆセンサ１４の出力に基づいてメインのフィードバック制御が実行される。そして、下流側のサブＯ２センサ２０の出力に基づいてサブのフィードバック制御が実行される。メインフィードバック制御では、上流側三元触媒１６に流入する排気ガスの空燃比が制御目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。また、サブフィードバック制御では、上流側三元触媒１６の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、メインフィードバック制御の内容が修正される。
【００２７】
（ＰＭフィルタによるＰＭの捕集と再生処理）
図１に示すＰＭフィルタ１８によれば、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集して、大気中に放出されるのを抑制することができる。このようなＰＭフィルタ１８を備えるシステムでは、ＰＭを継続的に捕集し続けるためには、捕集されたＰＭを除去してＰＭフィルタ１８の捕集能力を再生するための再生処理が必要となる。そのようなＰＭの再生処理としては、ＰＭフィルタ１８を高温かつリーンな雰囲気下に置くことによって捕集されたＰＭを燃焼除去する処理が考えられる。より具体的には、ストイキバーンエンジンを備える本実施形態のシステムにおいては、そのようなＰＭフィルタ１８の定常的な再生処理として、ＰＭフィルタ１８に対して外部から酸素を供給する構成を備えるなどしてＰＭフィルタ１８を連続的に再生する連続再生処理を行うようにしている。
【００２８】
［実施の形態１の特徴部分］
（ＰＭフィルタの再生に伴うストイキバーンエンジン特有の課題）
ところで、本実施形態の内燃機関１０のように、空燃比が理論空燃比となるように制御された状態で燃焼を行うストイキバーンエンジンでは、ディーゼルエンジンなどの希薄燃焼運転を行うリーンバーンエンジンに比して、燃焼温度が高くなる傾向にある。その結果、ストイキバーンエンジンでは、リーンバーンエンジンに比して、ＰＭフィルタ１８の雰囲気温度が高い状態になり易くなる。その一方で、ストイキバーンエンジンの場合は、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が基本的にストイキ雰囲気となるので、リーンバーンエンジンに比して、ＰＭフィルタ１８の雰囲気に十分な量の酸素を確保しにくくなる。
【００２９】
そのようなストイキバーンエンジンにおいて、内燃機関１０の運転中に減速要求が出されることによって燃料カットが実行されることになると、ストイキ雰囲気下にあったＰＭフィルタ１８の雰囲気における酸素濃度が急激に上昇することになる。この際、ＰＭフィルタ１８が高温状態であった場合には、ＰＭフィルタ１８に急激に大量の酸素が供給されることによって、ＰＭフィルタ１８に堆積されていたＰＭが一気に燃焼することとなる。
【００３０】
ＰＭの燃焼が行われる際、燃料であるＰＭへの酸素の投入量が増えるにつれ、当該酸化反応の反応速度（つまり、ＰＭの燃焼速度）が高くなる。ＰＭの燃焼に伴うＰＭフィルタ１８の温度上昇度合いは、ＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積量がより多い場合ほど、また、上記反応速度（ＰＭの燃焼速度）がより高い場合ほど、大きくなる。
【００３１】
従って、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量が多くなっており、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度が高くなっている状況下において、減速要求が出されて燃料カットが実行されることになると、ＰＭフィルタ１８が急激に昇温してしまう。その結果、ＰＭフィルタ１８がその上限温度を越えて過昇温した場合には、ＰＭフィルタ１８が溶損してしまうことが懸念される。
【００３２】
（実施の形態１の特徴的な制御の概要）
そこで、本実施形態では、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量が比較的多くなり、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度が比較的高温であることで、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念される第１段階にあると判断できる場合には、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が理論空燃比よりも若干リーンな弱リーンとなるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御するようにした。そして、この弱リーン制御時には、堆積されたＰＭの燃焼によってＰＭフィルタ１８がそのフィルタ上限温度を越えて異常高温とならないようにすべく、サブＯ２センサ２０の出力を利用したＰＭフィルタ１８の雰囲気のリーン度合いの調整によって、ＰＭの燃焼速度（つまり、ＰＭの再生速度）を制御するようにした。
【００３３】
更に、本実施形態では、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量が十分に多くなっており、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度が十分に高くなっていることで、減速時に燃料カットが実行された場合にはＰＭフィルタ１８が上記フィルタ上限温度を越えて異常高温となる第２段階にあると判断できる場合には、減速時に燃料カットの実行を禁止するようにした。
【００３４】
（実施の形態１における具体的な処理）
図２は、上記の機能を実現するために、ＥＣＵ２４が実行するルーチンを表したフローチャートである。
図２に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０がストイキバーン運転を行うための空燃比（Ａ／Ｆ）の上記フィードバック制御の実施中であるか否かが判別される（ステップ１００）。
【００３５】
その結果、当該フィードバック制御の実施中であると判定された場合には、ＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積量spmが所定値spm1以上であるか否かが判別される（ステップ１０２）。当該所定値spm1は、ＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積量spmが、減速時に燃料カットが実行された場合に当該ＰＭフィルタ１８が上記フィルタ上限温度を越えて異常高温となることが懸念される程度の堆積量であるか否かを判断するための閾値である。
【００３６】
また、本ステップ１０２において、ＰＭの堆積量spmは、内燃機関１０の運転履歴（冷却水温度、空燃比、吸入空気量）、ＰＭフィルタ１８の温度、および、ＰＭフィルタ１８の雰囲気の酸素濃度履歴に基づいて判断される。尚、ＰＭフィルタ１８の温度は、内燃機関１０の運転条件（エンジン回転数や負荷率）に基づいて推定することができ、また、ＰＭフィルタ１８の雰囲気における酸素濃度履歴は、ＰＭフィルタ１８の下流側に配置されているサブＯ２センサ２０の出力に基づいて取得することができる。
【００３７】
上記ステップ１０２において、フィルタ堆積ＰＭ量spm＞所定値spm1であると判定された場合には、次いで、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt1以上であるか否かが判別される（ステップ１０４）。当該所定値tempflt1は、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが減速時に燃料カットが実行された場合にＰＭフィルタ１８の溶損が生じさせる程度の温度であるか否かを判断するための閾値である。
【００３８】
上記ステップ１０４において、フィルタ温度tempflt＞所定値tempflt1であると判定された場合、つまり、上記ステップ１０２および１０４の判定が共に成立していることで、ＰＭフィルタ１８が現在置かれている状態で燃料カットが実行された場合にＰＭフィルタ１８の溶損が懸念されると判断できる場合（上記第２段階にある場合）には、減速時に燃料カット（Ｆ／Ｃ）の実行を禁止するＦ／Ｃ禁止制御が開始される（ステップ１０６）。
【００３９】
一方、上記ステップ１０２または１０４の判定が不成立である場合には、上記Ｆ／Ｃ禁止制御が終了される（ステップ１０８）。つまり、通常の燃料カット制御の実行が許可された状態とされる。この場合には、次いで、ＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積量spmが所定値spm2以上であるか否かが判別される（ステップ１１０）。当該所定値spm2は、ＰＭフィルタ１８が過昇温することなく良好な再生処理が継続できるか否かを判断するための閾値である。また、当該所定値spm2は、上記所定値spm1よりも小さな値に設定されている。
【００４０】
上記ステップ１１０において、フィルタ堆積ＰＭ量spm＞所定値spm2であると判定された場合には、次いで、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt2以上であるか否かが判別される（ステップ１１２）。当該所定値tempflt2は、ＰＭフィルタ１８が過昇温することなく良好な再生処理が継続できるか否かを判断するための閾値である。また、当該所定値tempflt2は、上記所定値tempflt1よりも小さな値に設定されている。
【００４１】
上記ステップ１１２において、フィルタ温度tempflt＞所定値tempflt2であると判定された場合、つまり、上記ステップ１１０および１１２の判定が共に成立していることで、ＰＭフィルタ１８が現在置かれている状態で多量の酸素が不用意にＰＭフィルタ１８に供給された場合にＰＭフィルタ１８が過昇温することが懸念されると判断できる場合（上記第１段階にある場合）には、Ｆ／Ｃ禁止制御の実施に先立って、先ず、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな空燃比となるようにするための弱リーン制御が実行される（ステップ１１４）。
【００４２】
本ステップ１１４における弱リーン制御では、サブＯ２センサ２０の出力を利用して、ＰＭフィルタ１８の雰囲気のリーン度合いを制御することによって、ＰＭの燃焼速度（ＰＭフィルタの再生速度）が制御される。既述したように、ＰＭフィルタ１８に供給される酸素量が増えるにつれ、ＰＭの燃焼速度が速くなり、その結果、ＰＭの燃焼温度が高くなる。このため、本ステップ１１４では、弱リーン制御によるＰＭフィルタ１８への酸素の供給によってＰＭフィルタ１８の過昇温が生じない範囲内で、現在のフィルタ堆積ＰＭ量spmおよびフィルタ温度tempfltの状態に応じて、ＰＭフィルタ１８の雰囲気のリーン度合いが調整される。
【００４３】
また、上記のような弱リーン制御におけるリーン度合いの調整は、ＰＭフィルタ１８の上流側に配置されたＡ／Ｆセンサ１４の制御目標空燃比をリーン化することによって行うものであってもよく、或いは、ＰＭフィルタ１８の下流側に配置されたサブＯ２センサ２０の制御目標空燃比をリーン化することによって行うものであってもよい。
【００４４】
一方、上記ステップ１１０または１１２の判定が不成立である場合には、上記弱リーン制御が終了される（ステップ１１６）。つまり、空燃比の制御が、理論空燃比を目標とする通常の空燃比のフィードバック制御に戻される。
【００４５】
以上説明した図２に示すルーチンによれば、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量spmが所定値spm1を越えて十分に多くなっており、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt1を越えて十分に高くなっていることで、減速時に燃料カットが実行された場合にはＰＭフィルタ１８が上記フィルタ上限温度を越えて異常高温となる第２段階にあると判断できる場合には、減速時に燃料カットの実行が禁止される。このような制御によれば、燃料カットの禁止により、ＰＭが十分に堆積された高温のＰＭフィルタ１８への酸素の供給量が急増するのを抑制することができる。このため、ＰＭフィルタ１８が異常高温となるのを避けることができ、ＰＭフィルタ１８の溶損を好適に防止することができる。
【００４６】
また、上記図２に示すルーチンによれば、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量spmが所定値spm2（＜spm1）を越えて比較的多くなり、かつ、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt2（＜tempflt1）を越えて比較的高温であることで、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念される第１段階にあると判断できる場合には、燃料カットの禁止に先立って、ＰＭフィルタ１８の雰囲気がリーン雰囲気となるように上記弱リーン制御が実行される。言い換えれば、上記ルーチンによれば、ＰＭフィルタ１８に対して想定される過昇温の度合いに応じて、減速時の燃料カットの禁止制御および弱リーン制御の何れか一方が選択されるようになる。また、上記ルーチンによれば、ＰＭフィルタ１８の過昇温回避のために行われる弱リーン制御は、一旦開始されると、上記ステップ１１０においてＰＭフィルタ１８が過昇温しないと判定されるようになるまで継続して実行される。
【００４７】
このような弱リーン制御によれば、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念される程度にまでＰＭが堆積された時点で、ＰＭフィルタ１８へのＰＭ堆積量spmおよびＰＭフィルタ１８の温度tempfltに応じて、酸素供給量（リーン度合い）の調整によるＰＭの燃焼速度（ＰＭの再生速度）の制御が実行される。これにより、ＰＭフィルタ１８に堆積されたＰＭの燃焼温度が異常高温とならない範囲内でＰＭの燃焼除去を実行することができ、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念されない適正なレベルにまで速やかにフィルタ堆積ＰＭ量spmを減らすことができる。このため、燃料カットの実行に伴う異常高温による溶損の発生が懸念される程度にまでＰＭフィルタ１８へのＰＭの堆積が進行するのを回避することができる。
【００４８】
また、このような弱リーン制御によれば、減速時に燃料カットが実行されることになっても、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltがその上限温度を越えないようにフィルタ堆積ＰＭ量spmを適正な量に減らしていくことができるようになる。このため、減速時の燃料カットの禁止を極力避けることができる。つまり、ＰＭフィルタ１８の過昇温の防止と、燃料カットの実行時間の確保による燃費向上とを好適に両立させることができる。
【００４９】
以上のように、本実施形態では、ＰＭフィルタ１８の過昇温が懸念される上記第１段階に達した時点で、ＰＭフィルタ１８の雰囲気がリーン雰囲気となるように上記弱リーン制御が実行される。このため、基本的にストイキバーン運転を行う内燃機関１０を備えるシステムにおいて、フィルタ堆積ＰＭ量spmを過昇温の心配のない適正なレベルに維持させることによってＰＭフィルタ１８の過昇温（およびそれに伴うＰＭフィルタ１８の溶損）の発生を良好に回避することができるので、ＰＭフィルタ１８に捕集されたＰＭの連続的な再生処理を弊害なく継続させ易くすることが可能となる。
【００５０】
また、上記ルーチンの処理によれば、フィルタ堆積ＰＭ量spmが燃料カットの実行を禁止すべき所定値spm1を越えている場合であっても、ＰＭフィルタ１８の温度tempfltが所定値tempflt1から所定値tempflt2の間にある場合には、フィルタ堆積ＰＭ量spmに応じた弱リーン制御によって、堆積されたＰＭが燃焼除去される。
【００５１】
また、このような弱リーン制御を行うと、結果的に上流側三元触媒１６へもリーンなガスが供給されることになる。このため、弱リーン制御が長く継続されると、ＮＯｘ浄化能の悪化を招くおそれがある。しかしながら、本実施形態の弱リーン制御では、サブＯ２センサ２０の出力を利用して、ＰＭフィルタ１８の雰囲気が弱リーン雰囲気となるように制御される。このような制御によれば、上流側三元触媒１６のための上記サブフィードバック制御用に備えられたセンサを使って、ＰＭフィルタ１８を通過する排気ガスの酸素濃度を正確に制御することができるようになる。これにより、ＮＯｘ浄化能の悪化を最小限に留めつつ、上記弱リーン制御を精度良く行えるようになる。
【００５２】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ２４が、上記ステップ１０２および１０４、または上記ステップ１１０および１１２の処理を実行することにより前記第１または第３の発明における「フィルタＯＴ判定手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ２４が、内燃機関１０の減速時に所定の成立条件に基づいて燃料カットの実施を制御することにより前記第３の発明における「燃料カット制御手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「燃料カット禁止手段」が、それぞれ実現されている。
また、ＥＣＵ２４が上記ステップ１１４および１１６の処理を実行することにより前記第４または第６の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ２４が上記ステップ１０２、１０４、１１０、および１１２の処理を実行することにより前記第６の発明における「ＯＴ度合判別手段」が、上記図２に示す一連の処理を実行することにより前記第６の発明における「フィルタＯＴ回避制御選択手段」が、それぞれ実現されている。
また、上流側三元触媒１６、メインリニアＡ／Ｆセンサ１４、および、サブＯ２センサ２０が、前記第７の発明における「触媒」、「上流側空燃比センサ」、および、「下流側空燃比センサ」に、それぞれ相当している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における内燃機関システムを説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 内燃機関
１２ 排気通路
１４ メインリニアＡ／Ｆセンサ
１６ 上流側三元触媒
１８ パティキュレートフィルタ（ＰＭフィルタ）
２０ サブＯ２センサ
２２ 下流側三元触媒
２４ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
spm パティキュレートフィルタへの粒子状物質ＰＭの堆積量
tempflt パティキュレートフィルタの温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に備え、理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを判定するフィルタＯＴ判定手段と、
前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりもリーンな雰囲気となるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記パティキュレートフィルタの雰囲気のリーン度合いに基づいて、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の燃焼速度を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に備え、理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の減速時に燃料カットを実施する燃料カット制御手段と、
前記燃料カットを実行することによって前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを判定するフィルタＯＴ判定手段と、
前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、減速時に燃料カットを実行するのを禁止する燃料カット禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の制御装置は、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段を更に備え、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、前記燃料カット禁止手段による減速時の燃料カットの禁止に先立ち、前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記空燃比制御手段は、前記弱リーン制御を開始した後は、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタが過昇温しないと判定されるようになるまでの間、前記弱リーン制御の実行を継続することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記フィルタＯＴ判定手段は、前記パティキュレートフィルタに対して想定される過昇温の度合いを判別するＯＴ度合判別手段を含み、
前記内燃機関の制御装置は、
前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御する空燃比制御手段と、
前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタの過昇温の度合いが比較的高いと判断された場合には、前記燃料カット禁止手段による減速時の燃料カットの禁止を選択し、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタの過昇温の度合いが比較的低いと判断された場合には、前記空燃比制御手段による前記弱リーン制御の実行を選択するフィルタＯＴ回避制御選択手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の制御装置は、
排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な触媒と、
前記触媒よりも上流側の排気通路に配置され、筒内から排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得する上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流側の排気通路に配置され、前記触媒の下流に排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得する下流側空燃比センサとを更に備え、
前記パティキュレートフィルタは、前記下流側空燃比センサよりも上流側の排気通路に配置されており、
前記空燃比制御手段は、前記弱リーン制御の実行時には、前記下流側空燃比センサの出力に基づいて、前記パティキュレートフィルタの雰囲気を弱リーンな雰囲気に制御することを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に備え、理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを判定するフィルタＯＴ判定手段と、
前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりもリーンな雰囲気となるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記パティキュレートフィルタの雰囲気のリーン度合いに基づいて、前記パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の燃焼速度を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを排気通路に備え、理論空燃比となるように行う制御を空燃比の基本制御としてストイキバーン運転を行う内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の減速時に燃料カットを実施する燃料カット制御手段と、
前記燃料カットを実行することによって前記パティキュレートフィルタが過昇温するか否かを判定するフィルタＯＴ判定手段と、
前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、減速時に燃料カットを実行するのを禁止する燃料カット禁止手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の制御装置は、内燃機関から排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御手段を更に備え、
前記空燃比制御手段は、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタが過昇温すると判定された場合に、前記燃料カット禁止手段による減速時の燃料カットの禁止に先立ち、前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記空燃比制御手段は、前記弱リーン制御を開始した後は、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタが過昇温しないと判定されるようになるまでの間、前記弱リーン制御の実行を継続することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記フィルタＯＴ判定手段は、前記パティキュレートフィルタに対して想定される過昇温の度合いを判別するＯＴ度合判別手段を含み、
前記内燃機関の制御装置は、
前記パティキュレートフィルタの雰囲気が理論空燃比よりも弱リーンな雰囲気となるように、排気ガスの空燃比を弱リーン制御する空燃比制御手段と、
前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタの過昇温の度合いが比較的高いと判断された場合には、前記燃料カット禁止手段による減速時の燃料カットの禁止を選択し、前記フィルタＯＴ判定手段によって前記パティキュレートフィルタの過昇温の度合いが比較的低いと判断された場合には、前記空燃比制御手段による前記弱リーン制御の実行を選択するフィルタＯＴ回避制御選択手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の制御装置は、
排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な触媒と、
前記触媒よりも上流側の排気通路に配置され、筒内から排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得する上流側空燃比センサと、
前記触媒よりも下流側の排気通路に配置され、前記触媒の下流に排出される排気ガスの空燃比に関する情報を取得する下流側空燃比センサとを更に備え、
前記パティキュレートフィルタは、前記下流側空燃比センサよりも上流側の排気通路に配置されており、
前記空燃比制御手段は、前記弱リーン制御の実行時には、前記下流側空燃比センサの出力に基づいて、前記パティキュレートフィルタの雰囲気を弱リーンな雰囲気に制御することを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−７４４２６（Ｐ２００９−７４４２６Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４３６２４（Ｐ２００７−２４３６２４）
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]