特許 7222819 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-07

(45)【発行日】2023-02-15

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/12 20060101AFI20230208BHJP

   F01N 3/033 20060101ALI20230208BHJP

   F01N 3/023 20060101ALI20230208BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20230208BHJP

   F01N 3/025 20060101ALI20230208BHJP

【ＦＩ】

F02D41/12

F01N3/033 Z ZAB

F01N3/023 A

F02D45/00

F01N3/025 101

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019110941

(22)【出願日】2019-06-14

(65)【公開番号】P2020204270

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2021-12-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000419

【氏名又は名称】弁理士法人太田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】稲場 拓巳

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１２７５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０８９５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１２２７７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２１５９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５６６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９９４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４８１３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４１／１２

Ｆ０１Ｎ ３／０３３

Ｆ０１Ｎ ３／０２３

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０１Ｎ ３／０２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載された内燃機関を制御する内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、
前記パティキュレートフィルタよりも上流側の前記排気通路に設けられた三元触媒と、
前記車両の減速時に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を燃焼させて前記パティキュレートフィルタを再生させる制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記パティキュレートフィルタを再生させる期間に、前記内燃機関における燃料噴射を停止させる燃料カット制御を開始し、前記パティキュレートフィルタに供給された酸素量が、前記パティキュレートフィルタにおける前記粒子状物質の堆積量及び前記パティキュレートフィルタの温度に基づいて算出される粒子状物質燃焼許可酸素量に到達したときに、前記燃料カット制御を終了し、その後に前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を燃料リーン状態に制御する、
内燃機関の制御装置。

【請求項2】

前記制御部は、
前記空燃比を前記燃料リーン状態に制御する期間に、
前記パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比が燃料リーン状態である一方、前記パティキュレートフィルタから流出する排気の空燃比がストイキ状態となるように前記混合気を燃料リーン状態に制御する、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記燃料カット制御を実行した後、前記混合気の空燃比を燃料リッチ状態に制御し、さらに前記燃料リーン状態に制御する、
請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記混合気の空燃比を前記燃料リッチ状態に制御し、前記パティキュレートフィルタから流出する排気の空燃比がストイキ状態となった後に、前記混合気の空燃比を前記燃料リーン状態に制御する、
請求項３に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記混合気の空燃比を前記燃料リーン状態に制御している状態で、前記パティキュレートフィルタから流出する排気の空燃比が燃料リーン状態に変化したときに前記混合気の空燃比をストイキ状態に制御する、
請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項6】

前記制御部は、
前記混合気の空燃比を前記燃料リーン状態から燃料リッチ状態に制御した後、ストイキ状態に制御する、
請求項５に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項7】

前記制御部は、
前記混合気の空燃比を前記燃料リッチ状態に制御した後、前記パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比がストイキ状態となったときに、前記混合気の空燃比をストイキ状態に制御する、
請求項６に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項8】

前記車両は、
前記内燃機関の出力トルクを変速機に伝達するトルクコンバータと、前記トルクコンバータを締結状態に維持するロックアップクラッチと、を備え、
前記ロックアップクラッチは、
前記燃料カット制御の実行開始後、車速又は前記内燃機関の回転数が所定値まで低下したときに解放され、
前記制御部は、
前記ロックアップクラッチが解放される時刻よりも前に、前記混合気の空燃比を前記燃料リーン状態に制御する、
請求項１～７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項9】

前記パティキュレートフィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度センサと、
前記パティキュレートフィルタに流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度センサと、を備え、
前記制御部は、
前記パティキュレートフィルタから流出する排気の酸素濃度及び前記パティキュレートフィルタに流入する排気の酸素濃度に基づいて、前記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の燃焼状態を推定する、
請求項１～８のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用内燃機関においては、環境対策として燃料消費量や排気エミッションを低減することが求められる。排気エミッションを低減するために、ガソリンエンジンにおいても排気通路に三元触媒やパティキュレートフィルタが設けられ、排気の浄化が行われる。

【0003】

三元触媒は、排気中の一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物を、酸化あるいは還元することによって浄化する。具体的に、一酸化炭素は二酸化炭素へと酸化され、炭化水素は水と二酸化炭素へと酸化され、窒素酸化物は窒素へと還元される。パティキュレートフィルタは、排気ガス中の粒子状物質を捕集する。パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質は適時に燃焼され、除去される。

【0004】

ガソリンエンジンの場合、ディーゼルエンジンに比べて排気温度が高く、パティキュレートフィルタの温度を高く保つことができる。このため、ガソリンエンジンの場合、エンジンが回転している状態で燃料噴射を停止する制御（以下、「燃料カット制御」ともいう。）等を実行してパティキュレートフィルタに酸素を供給することによって、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１８－１６７６１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、加速走行が多用される場合や、内燃機関の冷間始動後に短時間で車両の走行が停止される場合など、粒子状物質が発生しやすい一方で燃料カット制御の実行頻度が少ない場合には、パティキュレートフィルタへの粒子状物質の堆積量が増加する。粒子状物質の堆積量が多い状態で粒子状物質の酸化燃焼が継続すると、発生する反応熱でパティキュレートフィルタが焼損するおそれがある。

【0007】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、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効率の低下を抑制可能な、新規かつ改良された内燃機関の制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車両に搭載された内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、内燃機関の排気通路に設けられたパティキュレートフィルタと、パティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路に設けられた三元触媒と、車両の減速時にパティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させてパティキュレートフィルタを再生させる制御を行う制御部と、を備え、制御部は、パティキュレートフィルタを再生させる期間に、内燃機関における燃料噴射を停止させる燃料カット制御を開始し、パティキュレートフィルタに供給された酸素量が、パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の堆積量及びパティキュレートフィルタの温度に基づいて算出される粒子状物質燃焼許可酸素量に到達したときに、燃料カット制御を終了し、その後に内燃機関に供給される混合気の空燃比を燃料リーン状態に制御する、内燃機関の制御装置が提供される。

【0012】

制御部は、空燃比を燃料リーン状態に制御する期間に、パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比が燃料リーン状態である一方、パティキュレートフィルタから流出する排気の空燃比がストイキ状態となるように混合気を燃料リーン状態に制御してもよい。

【0013】

制御部は、燃料カット制御を実行した後、混合気の空燃比を燃料リッチ状態に制御し、さらに燃料リーン状態に制御してもよい。

【0014】

制御部は、混合気の空燃比を燃料リッチ状態に制御し、パティキュレートフィルタから流出する排気の空燃比がストイキ状態となった後に、混合気の空燃比を燃料リーン状態に制御してもよい。

【0015】

制御部は、混合気の空燃比を燃料リーン状態に制御している状態で、パティキュレートフィルタから流出する排気の空燃比が燃料リーン状態に変化したときに混合気の空燃比をストイキ状態に制御してもよい。

【0016】

制御部は、混合気の空燃比を燃料リーン状態から燃料リッチ状態に制御した後、ストイキ状態に制御してもよい。

【0017】

制御部は、混合気の空燃比を燃料リッチ状態に制御した後、パティキュレートフィルタに流入する排気の空燃比がストイキ状態となったときに、混合気の空燃比をストイキ状態に制御してもよい。

【0018】

車両は、内燃機関の出力トルクを変速機に伝達するトルクコンバータと、トルクコンバータを締結状態に維持するロックアップクラッチと、を備え、ロックアップクラッチは、燃料カット制御の実行開始後、車速又は内燃機関の回転数が所定値まで低下したときに解放され、制御部は、ロックアップクラッチが解放される時刻よりも前に、混合気の空燃比を燃料リーン状態に制御してもよい。

【0019】

パティキュレートフィルタから流出する排気の酸素濃度を検出する下流側酸素濃度センサと、パティキュレートフィルタに流入する排気の酸素濃度を検出する上流側酸素濃度センサと、を備え、制御部は、パティキュレートフィルタから流出する排気の酸素濃度及びパティキュレートフィルタに流入する排気の酸素濃度に基づいて、パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の燃焼状態を推定してもよい。

【発明の効果】

【0020】

以上説明したように本発明によれば、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効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置の構成例を示す模式図である。

【図2】内燃機関の制御装置に備えられた電子制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】制御処理の概略を示す説明図である。

【図4】内燃機関の制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】内燃機関の制御処理の一例を示すフローチャートである。

【図6】内燃機関の制御処理によるセンサ値の推移を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0023】

＜１．内燃機関の制御装置の構成例＞
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を適用可能な内燃機関の排気系の構成例を説明する。本実施形態に係る内燃機関の制御装置１は、ガソリンエンジンの排気系に適用される。

【0024】

内燃機関１０は、シリンダ１１、ピストン１３、吸気弁２１、排気弁２３、燃料噴射弁１５及び点火プラグ１７を備える。ピストン１３は、シリンダ１１内を上下動する。吸気弁２１は、シリンダ１１に臨む吸気通路１９の開口部に設けられる。排気弁２３は、シリンダ１１に臨む排気通路３１の開口部に設けられる。燃料噴射弁１５及び点火プラグ１７は、先端がシリンダ１１内に臨むように設けられる。燃料噴射弁１５及び点火プラグ１７は、電子制御装置（制御部）５０により駆動制御される。

【0025】

吸気通路１９には、エアマスセンサ１８及び吸気スロットル弁１６が備えられる。吸気スロットル弁１６は、電子制御装置５０により駆動され、シリンダ１１に供給される吸気の流量を調節する。エアマスセンサ１８は、吸気の流量を検出する。エアマスセンサ１８のセンサ信号は、電子制御装置５０に送信される。

【0026】

内燃機関１０では、ピストン１３の下降時に吸気弁２１が開かれて吸気通路１９からシリンダ１１へと吸気が行われるとともに燃料噴射弁１５から燃料が噴射されてシリンダ１１内に混合気が形成される（吸気行程）。次のピストン１３の上昇時には吸気弁２１が閉じられ、形成された混合気が圧縮される（圧縮行程）。圧縮された混合気は点火プラグ１７により点火されて膨張し、ピストン１３を押し下げる（膨張行程）。次のピストン１３の上昇時には排気弁２３が開かれ、排気通路３１に燃焼ガス（排気）が排出される（排気行程）。

【0027】

排気通路３１には、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５が備えられる。パティキュレートフィルタ３５は、三元触媒３３の下流側に備えられる。三元触媒３３は、酸素吸蔵放出性能を有する触媒であり、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯ_X）を酸化あるいは還元する。例えば、三元触媒３３は、排気がリッチ状態のときに排気中の酸素を吸着し、排気がリーン状態のときに吸着していた酸素を放出して排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X等を浄化する。

【0028】

本実施形態において、パティキュレートフィルタ３５は、酸素吸蔵放出性能の機能を有するフィルタである。パティキュレートフィルタ３５は、例えば、セラミック製のハニカム状のフィルタ担体の表面に触媒成分が担持されて構成される。かかるパティキュレートフィルタ３５は、三元触媒としても機能し、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯ_Xを酸化あるいは還元する。三元触媒３３だけでなくパティキュレートフィルタ３５に三元触媒の機能を持たせることにより、排気の浄化効率が高められる。

【0029】

また、パティキュレートフィルタ３５は、排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集する。パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭは、パティキュレートフィルタ３５が高温状態のときにパティキュレートフィルタ３５に酸素が供給されることによって燃焼（酸化）する。

【0030】

排気通路３１には、第１の排気センサ４１、第２の排気センサ４３、第３の排気センサ４５及び排気温度センサ４７が備えられる。第１の排気センサ４１及び排気温度センサ４７は、三元触媒３３の上流に備えられる。第２の排気センサ４３は、三元触媒３３の下流、かつ、パティキュレートフィルタ３５の上流に備えられる。第３の排気センサ４５は、パティキュレートフィルタ３５の下流に備えられる。第１の排気センサ４１、第２の排気センサ４３、第３の排気センサ４５及び排気温度センサ４７のセンサ信号は、電子制御装置５０に送信される。

【0031】

第１の排気センサ４１、第２の排気センサ４３及び第３の排気センサ４５は、それぞれ燃焼ガスの空燃比に関連する状態値を検出するセンサである。例えば第１の排気センサ４１、第２の排気センサ４３及び第３の排気センサ４５は、それぞれ空燃比センサ又は酸素濃度センサであってよい。空燃比センサは、状態値として空燃比（Ａ／Ｆ）を検出し、酸素濃度センサは、状態値として酸素濃度を検出する。空燃比センサは、ラムダセンサであってもよい。例えば排気センサにより検出される状態値は、混合気の空燃比がストイキ状態（理論空燃比、ラムダ値＝１）よりも燃料リッチ状態（燃料過多状態、ラムダ値＜１）になると低下し、燃料リーン状態（燃料過少状態、ラムダ値＞１）になると上昇する。

【0032】

また、内燃機関１０は、図示しない冷却水温センサを備える。内燃機関１０のハウジングには冷却水通路が設けられ、冷却水温センサは、冷却水通路を通過する冷却水の温度を検出する。冷却水温センサのセンサ信号は、電子制御装置５０に送信される。

【0033】

電子制御装置５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）等のプロセッサを備えて構成される。電子制御装置５０の一部又は全部は、ファームウェア等の更新可能なもので構成されてもよく、また、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

【0034】

図２は、電子制御装置５０の構成のうち、本実施形態に係る制御に関連する機能構成を示す説明図である。電子制御装置５０は、通常運転制御部５１、燃料カット制御部５３、燃料リーン制御部５５、中立化制御部５７、ＧＰＦ温度推定部５８、ＰＭ堆積量推定部５９及び記憶部５２を備えている。このうち、通常運転制御部５１、燃料カット制御部５３、燃料リーン制御部５５、中立化制御部５７、ＧＰＦ温度推定部５８及びＰＭ堆積量推定部５９は、プロセッサによるソフトウェアプログラムの実行により実現される機能である。

【0035】

電子制御装置５０は、エアマスセンサ１８、第１の排気センサ４１、第２の排気センサ４３、第３の排気センサ４５及び排気温度センサ４７それぞれのセンサ信号の他、アクセルセンサ等の種々のセンサ信号あるいは他の電子制御装置からのメッセージを取得可能になっている。

【0036】

記憶部５２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶素子を含む。記憶部５２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やストレージ装置等の他の記憶装置を含んでもよい。記憶部５２は、プロセッサにより実行されるソフトウェアプログラム、演算処理に使用される種々のパラメータ、取得したセンサ信号に対応する状態値、あるいは演算処理の結果を記憶する。

【0037】

通常運転制御部５１は、シリンダ１１内で燃料を燃焼させ、内燃機関１０から駆動力を発生させて車両を走行させる制御を実行する。具体的に、通常運転制御部５１は、燃料噴射弁１５の駆動を制御してシリンダ１１内へ燃料を噴射させるとともに空気を供給して、燃料と空気とからなる混合気を燃焼させる。通常運転時における燃料噴射量や吸気の流量は、内燃機関１０の回転数及び車両の要求加速度に基づいて制御される。

【0038】

燃料カット制御部５３は、シリンダ１１内で燃料を燃焼させることなく、内燃機関１０から駆動力を発生させずに車両を走行させる制御を実行する。具体的に、燃料カット制御部５３は、車両の減速時や惰性走行時等において、燃料噴射弁１５による燃料噴射を停止させた状態でシリンダ１１内へ空気を供給する。燃料カット制御により、燃料消費量が低減されるとともに、排気中の酸素濃度が上昇してパティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭを燃焼させることができる。

【0039】

燃料リーン制御部５５は、シリンダ１１内の混合気の空燃比を制御する。具体的に、燃料リーン制御部５５は、燃料噴射弁１５による燃料噴射量、噴射時期又は噴射回数や、点火プラグ１７の点火時期又は点火回数等を適宜調節することにより、混合気の空燃比を制御する。特に、本実施形態において、燃料リーン制御部５５は、燃料カット制御の実行後、混合気の空燃比を燃料リーン状態に制御して、パティキュレートフィルタ３５の温度をＰＭ燃焼効率最大温度未満に維持しつつ、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭを燃焼させる。この間のリーン度合いは、パティキュレートフィルタ３５に流入する排気の空燃比が燃料リーン状態を示す一方、パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比がストイキ状態を示すように制御される。

【0040】

燃料カット制御部５３及び燃料リーン制御部５５は、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭを燃焼させてパティキュレートフィルタ３５を再生させる制御を実行する機能を有する。

【0041】

中立化制御部５７は、燃料カット制御の終了時又は空燃比を燃料リーン状態にする制御の終了時に、三元触媒３３の機能及びパティキュレートフィルタ３５の触媒機能を回復させるための中立化制御を実行する。三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５は、燃料カット制御や、混合気の空燃比を燃料リーン状態にする制御の実行時に、多量の酸素が供給されて酸素吸蔵量が過大になると、触媒機能が低下する。このため、中立化制御部５７は、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５の酸素吸蔵量を低減させる中立化制御を実行する。具体的に、中立化制御部５７は、燃料カット制御の終了時又は混合気の空燃比を燃料リーン状態にする制御の終了時に、混合気の空燃比を燃料リッチ状態にする。このときのリッチ度合いは、通常運転制御時と比べて大きくなるように設定される。これにより、未燃燃料を含む排気が三元触媒３３あるいはパティキュレートフィルタ３５に供給され、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５の中立化が図られる。

【0042】

ＧＰＦ温度推定部５８は、パティキュレートフィルタ３５の層内温度を推定する。例えば、ＧＰＦ温度推定部５８は、排気温度センサ４７により検出される排気温度と、三元触媒３３におけるＨＣ、ＣＯ及びＮＯ_Xの反応状態とに基づいて、パティキュレートフィルタ３５の層内温度を推定することができる。なお、パティキュレートフィルタ３５の層内温度を推定するために、上記の排気温度センサ４７に代えて、あるいは、排気温度センサ４７と併せて、パティキュレートフィルタ３５の入り口に排気温度センサが備えられてもよい。

【0043】

ＰＭ堆積量推定部５９は、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭの堆積量を推定する。例えば、ＰＭ堆積量推定部５９は、燃料噴射量、内燃機関１０の燃焼温度、内燃機関１０の排気の流量、排気中の酸素の流量及びパティキュレートフィルタ３５の温度に基づいて、ＰＭの堆積量を推定する。

【0044】

具体的に、ＰＭ堆積量推定部５９は、燃料噴射量、内燃機関１０の燃焼温度及び内燃機関１０の排気の流量に基づいて、パティキュレートフィルタ３５に流入するＰＭの流量を積算する一方、パティキュレートフィルタ３５の温度及び排気中の酸素の流量に基づいて、燃焼するＰＭ量を減算することにより、ＰＭの堆積量を推定する。また、排気中の酸素の流量は、内燃機関１０の吸気の流量、燃焼効率及び三元触媒３３における酸素消費量等に基づいて推定することができる。

【0045】

なお、パティキュレートフィルタ３５の上流側の圧力と下流側の圧力との差を検知する差圧センサ等を備える場合、ＰＭ堆積量推定部５９は、検出される差圧に基づいてＰＭの堆積量を推定してもよい。

【0046】

＜２．制御動作の概略＞
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１による制御動作の概略を説明する。

【0047】

図３は、内燃機関の制御装置１による制御動作の概略を説明するための図であり、アクセルペダルのオンオフ、車速Ｖ、内燃機関１０の回転数Ｎｅ、燃料カット制御の実行フラグＦ＿ｆｃのオンオフ（１ｏｒ０）、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆ、内燃機関１０の混合気の空燃比λが示されている。なお、混合気の空燃比λは、燃料リーン状態において上方側に変化する。

【0048】

図３は、車両が、内燃機関１０の出力トルクを自動変速機に伝達するトルクコンバータと、トルクコンバータを締結状態に維持するロックアップクラッチとを備える場合の例を示している。ロックアップクラッチは、燃料カット制御の実行開始後、車速Ｖがあらかじめ設定されたロックアップ解放車速Ｖ＿０まで低下したときに解放されるようになっている。かかる図３には、車速Ｖが、ロックアップ解放車速Ｖ＿０まで低下する間、燃料カット制御を継続する参考例における燃料カット制御の実行フラグＦ＿ｆｃのオンオフ（１ｏｒ０）、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆ、内燃機関１０の混合気の空燃比λが破線で示されている。なお、ロックアップクラッチの解放時期は、車速の代わりに内燃機関１０の回転数により設定されていてもよい。

【0049】

時刻ｔ１までの期間、運転者がアクセルペダルを操作して、所定の車速Ｖ１で車両を走行させている。この期間において、内燃機関１０の回転数ＮｅはＮｅ１であり、パティキュレートフィルタ３５の温度Ｔ＿ｇｐｆはＴ＿ｇｐｆ＿１であり、燃料カット制御の実行フラグＦ＿ｆｃはオフであり、混合気の空燃比λは１である。時刻ｔ１～時刻ｔ４までの期間、アクセルペダルが開放される。

【0050】

時刻ｔ１において、アクセルペダルが開放されると、燃料カット制御の実行フラグがオンになって燃料噴射が停止する。これに伴って、車速Ｖ及び内燃機関１０の回転数Ｎｅが低下する。また、燃料噴射が停止することから、混合気の空燃比λが燃料リーン側に大きく変化する。これに伴って、三元触媒３３で吸蔵しきれない酸素がパティキュレートフィルタ３５に流入するため、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭが燃焼し、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆが上昇し始める。

【0051】

破線で示した参考例では、車速Ｖが車速Ｖ＿０に低下する時刻ｔ３までの期間、燃料カット制御が継続される。このため、時刻ｔ１～時刻ｔ３まで間、パティキュレートフィルタ３５には多量の酸素が流入するために、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭの燃焼によりパティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆが上昇し続ける。したがって、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆは、ＰＭの燃焼効率が最大となる温度（以下、「ＰＭ燃焼効率最大温度」ともいう。）Ｔ＿ｇｐｆ＿Ａを超え、燃焼効率が低下する。

【0052】

これに対して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１では、燃料カット制御を実行した後、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆがＰＭ燃焼効率最大温度Ｔ＿ｇｐｆ＿Ａに到達する前に燃料リーン制御に切り換えられる。本実施形態においては、最初に燃料カット制御を実行することにより、ＰＭの燃焼速度が短時間で高められる。これにより、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭが効率よく燃焼され、ＰＭを燃焼させる時間を短くすることができる。また、すべての期間を燃料リーン状態とする場合に比べて、三元触媒３３におけるＮＯ_Xの浄化率の低下を抑制することができる。

【0053】

さらに、燃料カット制御を終了させて燃料リーン制御に切り換えることにより、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆがＰＭ燃焼効率最大温度Ｔ＿ｇｐｆ＿Ａを超えないようにしつつ、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭを燃焼させることができる。

【0054】

＜３．動作の具体例＞
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１の動作例を具体的に説明する。

【0055】

（３－１．フローチャート）
図４及び図５は、電子制御装置５０による制御処理の一例を示すフローチャートである。車両の走行時において、電子制御装置５０の通常運転制御部５１は、運転者のアクセル操作にしたがって通常運転制御を実行する（ステップＳ１１）。具体的に、通常運転制御部５１は、内燃機関１０の回転数及び要求加速度に基づいて燃料噴射弁１５による燃料噴射及び吸気スロットル弁１６による吸気流量を制御する。自動運転可能な車両においては、演算により算出される要求加速度が用いられる。

【0056】

次いで、燃料カット制御部５３は、燃料カット要求の有無を判別する（ステップＳ１３）。例えば、燃料カット制御部５３は、車両の減速時あるいは惰性走行時に燃料カット要求有りと判定する。燃料カット要求がない場合（Ｓ１３／Ｎｏ）、通常運転制御部５１が、通常運転制御を継続する（ステップＳ１１）。

【0057】

一方、燃料カット要求が有る場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、燃料カット制御部５３は、ＰＭ堆積量推定部５９により推定されているＰＭ堆積量ＰＮ及びＧＰＦ温度推定部５８により推定されているパティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆを読み込む（ステップＳ１５）。

【0058】

次いで、燃料カット制御部５３は、第１のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ１を算出する（ステップＳ１７）。第１のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ１は、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆが、ＰＭ燃焼効率最大温度を超えない範囲で、ＰＭの燃焼に用いられる酸素量である。

【0059】

例えば、燃料カット制御部５３は、パティキュレートフィルタ３５に流入する排気の空燃比がストイキ状態であると仮定したときに、ＰＭの燃焼によるパティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆの上昇速度を考慮して、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆがＰＭ燃焼効率最大温度を超えない範囲内の時間で燃料カット制御を実行するために、第１のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ１を算出する。ストイキ状態の酸素濃度は、例えば２０％に設定される。

【0060】

燃料カット制御部５３は、ステップＳ１７において第１のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ１を算出した後、燃料カット制御を開始する（ステップＳ１９）。次いで、燃料カット制御部５３は、燃料カット制御を開始してからパティキュレートフィルタ３５に供給された酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ａｃｔが第１のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ１に到達したか否かを判別する（ステップＳ２１）。パティキュレートフィルタ３５に供給された酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ａｃｔは、第２の排気センサ４３のセンサ信号に基づいて算出される酸素濃度と、エアマスセンサ１８により検出される吸気流量とを乗じることにより求めることができる。

【0061】

燃料カット制御を開始してからパティキュレートフィルタ３５に供給された酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ａｃｔが第１のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ１に到達していない場合（Ｓ２１／Ｎｏ）、燃料カット制御部５３は、燃料カット制御を継続する。一方、燃料カット制御を開始してからパティキュレートフィルタ３５に供給された酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ａｃｔが第１のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ１に到達した場合（Ｓ２１／Ｙｅｓ）、中立化制御部５７は、第３の排気センサ４５のセンサ信号に基づいて、パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比ＧＰＦ＿Ｒｒが燃料リーン状態であるか否かを判別する（ステップＳ２３）。

【0062】

パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比ＧＰＦ＿Ｒｒが燃料リーン状態である場合（Ｓ２３／Ｙｅｓ）、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５の酸素吸蔵量が過大になっていると考えられる。このため、中立化制御部５７は、中立化制御を実行する（ステップＳ２５）。具体的に、中立化制御部５７は、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５に未燃燃料が供給されるように、シリンダ１１内の混合気の空燃比を燃料リッチ状態にする。中立化制御部５７は、ステップＳ２３でパティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比ＧＰＦ＿Ｒｒが燃料リーン状態でないと判断されるまで中立化制御を継続する。

【0063】

なお、中立化制御の実行中、内燃機関１０から出力されるトルクが駆動輪に伝達されないようにクラッチ等が遮断され、あるいは、当該トルクを相殺するような制動力が付与される。

【0064】

パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比ＧＰＦ＿Ｒｒが燃料リーン状態でないと判定された場合（Ｓ２３／Ｎｏ）、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５ともに酸素吸蔵機能が正常に機能する状態に戻ったと考えられる。この場合、燃料リーン制御部５５は、ＰＭ堆積量推定部５９により推定されているＰＭ堆積量ＰＮ及びＧＰＦ温度推定部５８により推定されているパティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆを読み込む（ステップＳ２７）。

【0065】

次いで、燃料リーン制御部５５は、第２のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ２を算出する（ステップＳ２９）。第２のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ２は、パティキュレートフィルタ３５に捕集されているＰＭをすべて燃焼させるために必要な酸素量である。

【0066】

例えば、燃料リーン制御部５５は、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆがＰＭ燃焼効率最大温度を超えないようにパティキュレートフィルタ３５に流入する排気の空燃比が燃料リーン状態にされるものとして、パティキュレートフィルタ３５に捕集されているＰＭを燃焼させるために必要な第２のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ２を算出する。第２のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ２を算出する際の燃料リーン状態の酸素濃度は、例えば５％に設定される。

【0067】

燃料リーン制御部５５は、ステップＳ２９において第２のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ２を算出した後、混合気の空燃比を燃料リーン状態とする制御を開始する（ステップＳ３１）。次いで、燃料リーン制御部５５は、混合気の空燃比を燃料リーン状態にする制御を開始してからパティキュレートフィルタ３５に供給された酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ａｃｔが第２のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ２に到達したか否かを判別する（ステップＳ３３）。

【0068】

混合気の空燃比を燃料リーン状態にする制御を開始してからパティキュレートフィルタ３５に供給された酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ａｃｔが第２のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ２に到達した場合（Ｓ３３／Ｙｅｓ）、燃料リーン制御部５５は、混合気の空燃比を燃料リーン状態にする制御を終了させる（ステップＳ３５）。この場合、燃料カット制御部５３は、燃料カット要求が有るか否かを判別する（ステップＳ３６）。例えば、車両が下り坂を走行中である場合には、引き続き燃料カット要求がなされる。燃料カット要求が有る場合（Ｓ３６／Ｙｅｓ）、燃料カット制御部５３は、燃料カット制御を再開する（ステップＳ３７）。一方、燃料カット要求がない場合（Ｓ３６／Ｎｏ）、通常運転制御部５１が通常運転制御を再開する（ステップＳ４５）。これにより、アクセルペダル開放時の空燃比制御が終了する。

【0069】

なお、ステップＳ３７において燃料カット制御を再開した場合であっても、パティキュレートフィルタ３５に捕集されていたＰＭは燃焼させられているために、パティキュレートフィルタ３５の焼損が生じにくくなっている。

【0070】

一方、混合気の空燃比を燃料リーン状態にする制御を開始してからパティキュレートフィルタ３５に供給された酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ａｃｔが第２のＰＭ燃焼許可酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ｓｂ２に到達していない場合（Ｓ３３／Ｎｏ）、燃料リーン制御部５５は、第３の排気センサ４５のセンサ信号に基づいて、パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比ＧＰＦ＿Ｒｒが燃料リーン状態であるか否かを判別する（ステップＳ３９）。

【0071】

パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比ＧＰＦ＿Ｒｒが燃料リーン状態でない場合（Ｓ３９／Ｎｏ）、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５の酸素吸蔵量が過大な状態ではないと考えられるために、燃料リーン制御部５５は、ステップＳ３３に戻って、酸素量Ｍ＿Ｏ₂＿ａｃｔの判別を繰り返す。一方、パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比ＧＰＦ＿Ｒｒが燃料リーン状態である場合（Ｓ３９／Ｙｅｓ）、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５の酸素吸蔵量が過大な状態になっていると考えられるために、中立化制御部５７は、中立化制御の実行を開始する（ステップＳ４１）。

【0072】

次いで、中立化制御部５７は、第２の排気センサ４３のセンサ信号に基づいて、三元触媒３３から流出する排気の空燃比が燃料リーン状態であるか否かを判別する（ステップＳ４３）。三元触媒３３から流出する排気の空燃比が燃料リーン状態である場合（Ｓ４３／Ｙｅｓ）、三元触媒３３の酸素吸蔵量が過大になっていると考えられるために、中立化制御部５７は、中立化制御を継続して、ステップＳ４３の判別を繰り返す。

【0073】

一方、三元触媒３３から流出する排気の空燃比が燃料リーン状態でない場合（Ｓ４３／Ｎｏ）、三元触媒３３の酸素吸蔵機能は正常に機能する状態に戻ったと考えられる。この場合、通常運転制御部５１が通常運転制御を再開する（ステップＳ４５）。ステップＳ４５において、パティキュレートフィルタ３５に堆積したＰＭを再燃焼させるために燃料カット制御（Ｓ３１）が行われてもよいが、本実施形態においては、パティキュレートフィルタ３５の焼損を防止するために通常運転制御が再開される。これにより、アクセルペダル開放時の空燃比制御が終了する。

【0074】

（３－２．センサ値の推移）
図６は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１による制御処理を実行した場合における、第２の排気センサ４３及び第３の排気センサ４５のセンサ値の推移を示す。第２の排気センサ４３は、三元触媒３３の下流側かつパティキュレートフィルタ３５の上流側に設けられたセンサであり、第３の排気センサ４５は、パティキュレートフィルタ３５の下流側に設けられたセンサである。図６に示した例では、第２の排気センサ４３及び第３の排気センサ４５はいずれも酸素濃度センサであり、燃料リーン状態において下方側に変化する。

【0075】

通常運転制御が実行される間、内燃機関１０の排気の目標酸素濃度（目標λ）は１（ストイキ状態）に設定されている。時刻ｔ１１において燃料カット制御が開始されると、三元触媒３３の酸素吸蔵量が過大になって、第２の排気センサ４３が燃料リーン状態を示す。その後、パティキュレートフィルタ３５の酸素吸蔵量も過大になることから、第３の排気センサ４５も燃料リーン状態を示す。燃料カット制御中は、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭの燃焼温度も速やかに高められ、燃焼効率が上昇する。ただし、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５の酸素吸蔵量が過大になることにより、触媒機能によるＮＯ_Xの浄化効率は低下する。

【0076】

時刻ｔ１２において、燃料カット制御の実行時間が経過すると、中立化制御が開始される。中立化制御の実行時には、内燃機関１０の排気の目標酸素濃度（目標λ）は燃料リッチ状態に設定される。これにより、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５に吸蔵されていた酸素が減少し始め、第２の排気センサ４３及び第３の排気センサ４５のセンサ値は、ストイキ状態を示す。これにより、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５ともに、触媒機能によるＮＯ_Xの浄化効率が適正な状態に戻される。

【0077】

時刻ｔ１３において、燃料リーン制御が開始されると、内燃機関１０の排気の目標酸素濃度（目標λ）は、弱リーン状態に設定される。ここで、弱リーン状態とは、パティキュレートフィルタ３５に流入する排気の空燃比が燃料リーン状態を示す一方、パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比がストイキ状態を示す状態を意味するものとする。したがって、燃料リーン状態が開始されると、第２の排気センサ４３のセンサ値は燃料リーン状態を示す一方、第３の排気センサ４５のセンサ値はストイキ状態で推移している。燃料リーン制御中においては、酸素吸蔵量が過大にならない程度にパティキュレートフィルタ３５に酸素が供給されることから、パティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭを燃焼させることができるとともに、ＮＯ_Xの浄化効率を著しく低下させることがないようになっている。

【0078】

次いで、パティキュレートフィルタ３５の酸素吸蔵量が過大となって、第３の排気センサ４５のセンサ値が燃料リーン状態に変化する時刻ｔ１４において、ＮＯ_Xの浄化効率の低下を抑制するために、再び中立化制御が開始される。これにより、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５に吸蔵されていた酸素が減少し始め、三元触媒３３及びパティキュレートフィルタ３５の触媒機能が適正な状態に戻される。その後、通常運転制御に復帰する。

【0079】

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１によれば、車両の減速時にパティキュレートフィルタ３５に捕集されたＰＭを燃焼させてパティキュレートフィルタ３５を再生させる際に、燃料カット制御が実行された後、燃料リーン制御が実行される。このため、最初に、パティキュレートフィルタ３５におけるＰＭが効率よく燃焼されるとともに、以降は、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆがＰＭ燃焼効率最大温度Ｔ＿ｇｐｆ＿Ａを超えない範囲でＰＭの燃焼が継続される。したがって、ＰＭの燃焼効率を大きく低下させることなく、パティキュレートフィルタ３５を再生することができる。

【0080】

また、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１において、燃料リーン制御の実行中、パティキュレートフィルタ３５に流入する排気の空燃比が燃料リーン状態であるとともに、パティキュレートフィルタ３５から流出する排気の空燃比がストイキ状態となるように、混合気の空燃比が制御される。このため、パティキュレートフィルタ３５に供給される酸素によってＰＭが燃焼される一方、パティキュレートフィルタ３５の触媒機能を大きく低下させることを防ぐことができる。

【0081】

また、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１において、燃料カット制御の開始後にパティキュレートフィルタ３５に供給された酸素量が、パティキュレートフィルタ３５におけるＰＭの堆積量ＰＮ及びパティキュレートフィルタ３５の相関温度Ｔ＿ｇｐｆに基づいて算出されるＰＭ燃焼許可酸素量に到達したときに燃料カット制御が終了し、燃料リーン制御が開始される。このため、パティキュレートフィルタ３５の状態に応じて燃料カット制御が適切な時間実行される。

【0082】

また、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１において、燃料カット制御から燃料リーン制御に切り換える際、また、燃料リーン制御から通常運転制御に切り換える際に、一旦中立化制御が実行される。これにより、三元触媒３３あるいはパティキュレートフィルタ３５の触媒機能が適正な状態に戻され、ＮＯ_Xの浄化効率の低下を抑制することができる。

【0083】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0084】

例えば、上記実施形態では、パティキュレートフィルタ３５におけるＰＭの堆積量ＰＮ及びパティキュレートフィルタ３５の相関温度Ｔ＿ｇｐｆに基づいて算出されるＰＭ燃焼許可酸素量に基づいて燃料カット制御の終了時期が決定されていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、燃料カット制御の開始後、推定されるパティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆがあらかじめ設定された閾値に到達したときに、燃料カット制御を終了させて燃料リーン制御に切り換えてもよい。これにより、パティキュレートフィルタ３５の層内温度Ｔ＿ｇｐｆが、ＰＭ燃焼効率最大温度Ｔ＿ｇｐｆ＿Ａを超えないようにする確実性を向上させることができる。また、燃料カット制御の開始後、あらかじめ設定した所定時間が経過したときに、燃料カット制御を終了させて燃料リーン制御に切り換えてもよい。これにより、電子制御装置５０による演算処理の負荷を軽減することができる。

【0085】

また、上記実施形態に係る内燃機関の制御装置１は、パティキュレートフィルタ３５の上流側及び下流側にそれぞれ第２の排気センサ４３及び第３の排気センサ４５を備えている。このため、電子制御装置５０は、パティキュレートフィルタ３５に流入する排気の酸素濃度及びパティキュレートフィルタ３５から流出する排気の酸素濃度に基づいて、パティキュレートフィルタ３５におけるＰＭの燃焼状態を推定する機能を有していてもよい。具体的に、パティキュレートフィルタ３５に流入する排気中のＮＯ_Xの還元反応に用いられる酸素濃度を引いた酸素消費量がＰＭの燃焼に消費されたものとして、ＰＭの燃焼状態を推定することができる。

【符号の説明】

【0086】

１ 内燃機関の制御装置
１０ 内燃機関
３１ 排気通路
３３ 三元触媒
３５ パティキュレートフィルタ
４１ 第１の排気センサ
４３ 第２の排気センサ
４５ 第３の排気センサ
４７ 排気温度センサ
５０ 電子制御装置
５１ 通常運転制御部
５３ 燃料カット制御部
５５ 燃料リーン制御部
５７ 中立化制御部
５８ ＧＰＦ温度推定部
５９ ＰＭ堆積量推定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】