JP2009167986A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭフィルタの上流側に触媒を有する内燃機関において、ＰＭフィルタの再生処理を良好に行うことのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】ストイキエンジン１０の排気通路１２に配置されたＳ／Ｃ触媒１４と、Ｓ／Ｃ触媒１４の上流側から分岐し、Ｓ／Ｃ触媒１４より下流の下流側接続部において、再び排気通路１２に合流するバイパス通路１６と、排気通路１２における下流側接続部の下流側に配置され、排気ガス中に含まれる粒子状物質(ＰＭ)を捕集するＰＭフィルタ２０と、排気ガスの流入先を排気通路１２とバイパス通路１６との間で切り替える切替手段と、ＰＭフィルタ２０に捕集されたＰＭを燃焼させる再生処理を実行する再生処理手段と、を備える。切替手段は、再生処理の実行要求が出された場合に、排気ガスの流入先がバイパス通路１６となるように、切替バルブ１８を制御する。
【選択図】図１

Description

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の制御装置に関する。

従来、例えば、特開２００４−４４４２５号公報に開示されているように、排気通路にパティキュレートフィルタ（以下、「ＰＭフィルタ」と称する）を備える火花点火式の内燃機関の制御装置が提案されている。この制御装置では、排気通路におけるＰＭフィルタを迂回するバイパス通路と調整バルブとが設けられており、この調整バルブを制御することで、ＰＭフィルタを通過させて排出する排気の流量比率を調整することができる。したがって、排気中のＰＭ量や燃焼形態に基づいて、当該流量比率を調整することにより、ＰＭの大気中への放出を抑制しつつ、排圧上昇に伴うエンジンの出力低下を抑制することができる。

特開２００４−４４４２５号公報

ところで、ＰＭフィルタは、ＰＭが堆積するほどフィルタの開口率が低下する。このため、ＰＭが多量に堆積されると排圧が上昇して出力低下の原因となってしまう。そこで、ＰＭフィルタを有するシステムでは、ＰＭフィルタに堆積したＰＭを燃焼させる処理（以下、「再生処理」と称する）を定期的に或いは連続的に行う必要がある。ＰＭフィルタの再生処理には、ＰＭの燃焼を行うために十分な温度と酸素とが必要となる。

しかしながら、ＰＭフィルタの上流側に排気浄化触媒を有する内燃機関においては、排気ガスが排気浄化触媒を通過した後にＰＭフィルタへ流入する。このため、排気ガスに含まれる酸素が排気浄化触媒における浄化反応に使用されてしまい、ＰＭフィルタに流入する排気ガス中の酸素濃度が低下してしまうおそれがある。また、排気浄化触媒において排気熱を奪われてしまい、ＰＭフィルタに導入される排気ガスの温度が低下してしまうおそれがある。このため、ＰＭフィルタの上流側に排気浄化触媒を有する内燃機関においては、ＰＭフィルタの再生処理を良好に行うことができないおそれがあった。

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、ＰＭフィルタの上流側に触媒を有する内燃機関において、ＰＭフィルタの再生処理を良好に行う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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
理論空燃比を基本空燃比として燃焼を行う火花点火式の内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の未浄化成分を浄化する触媒と、
前記排気通路における前記触媒の上流側から分岐し、前記触媒より下流の下流側接続部において、再び前記排気通路に合流するバイパス通路と、
前記排気通路における前記下流側接続部の下流側に配置され、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と、
排気ガスの流入先を前記排気通路と前記バイパス通路との間で切り替える切替手段と、
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る再生処理を実行する再生処理手段と、を備え、
前記切替手段は、前記再生処理の実行要求が出された場合に、排気ガスの流入先が前記バイパス通路となるように制御することを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御手段を更に備え、前記再生処理の実行要求が出された場合に、前記内燃機関の空燃比をリーンに制御することを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
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堆積量を推定する推定手段を更に備え、
前記再生処理手段は、前記堆積量が所定量に達したと判断された場合に、前記再生処理を実行することを特徴とする。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を通って還流する外部ＥＧＲ量を制御する外部ＥＧＲ量制御手段と、を更に備え、
前記外部ＥＧＲ量制御手段は、前記再生処理の実行要求が出された場合に、前記外部ＥＧＲ量が略ゼロとなるように制御することを特徴とする。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記内燃機関におけるバルブの開弁特性を可変に設定するための可変動弁機構と、
前記可変動弁機構を可変させることにより、内部ＥＧＲ量を制御する内部ＥＧＲ量制御手段と、を更に備え、
前記内部ＥＧＲ量制御手段は、前記再生処理の実行要求が出された場合に、前記内部ＥＧＲ量が小さくなるように制御することを特徴とする。

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段を更に備え、前記再生処理の実行要求が出された場合に、前記点火時期が遅角されるように制御することを特徴とする。

第１の発明によれば、パティキュレートフィルタ（ＰＭフィルタ）の再生処理を実行する場合に、排気ガスの流入先がバイパス通路に切り替えられる。このため、本発明によれば、排気ガス中の酸素が触媒における浄化反応に使用されないため、ＰＭフィルタに流入する排気ガスの酸素濃度が低下することを抑制することができる。これにより、ＰＭフィルタの再生処理を良好に行うことができる。

第２の発明によれば、ＰＭフィルタの再生処理時に内燃機関の空燃比がリーンに制御される。このため、本発明によれば、排気ガス中の酸素濃度を高めることができるので、ＰＭフィルタの再生処理を良好によく行うことができる。

第３の発明によれば、ＰＭフィルタに堆積されたＰＭの堆積量を推定し、当該堆積量が所定量に達した場合にＰＭフィルタの再生処理が開始される。このため、本発明によれば、ＰＭフィルタに多量のＰＭが堆積することにより、排圧が上昇して出力が低下する事態を効果的に回避することができる。

第４の発明によれば、ＰＭフィルタの再生処理時に外部ＥＧＲの還流が停止される。ＥＧＲガスの還流が停止されることで、排気ガスの温度を高めることができる。このため、本発明によれば、ＰＭフィルタの再生処理を良好に行うことができる。

第５の発明によれば、ＰＭフィルタの再生処理時に内部ＥＧＲの還流が抑制される。ＥＧＲガスの還流が抑制されるほど、排気ガスの温度は高くなる。このため、本発明によれば、ＰＭフィルタの再生処理を良好に行うことができる。

第６の発明によれば、ＰＭフィルタの再生処理時に点火時期が遅角される。点火時期が遅角されると排気ガスの温度が上昇する。このため、本発明によれば、ＰＭフィルタの再生処理を良好に行うことができる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは、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）を基本空燃比とする空燃比制御を行なう火花点火式の内燃機関（ストイキエンジン）として構成されている。

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、排気ガス中に含まれる三元成分（ＮＯｘ、ＨＣ、およびＣＯ）を浄化するためのＳ／Ｃ触媒１４が配置されている。また、排気通路１２には、Ｓ／Ｃ触媒１４をバイパスするバイパス通路１６が接続されている。排気通路１２とバイパス通路１６との分岐点には、排気ガスの流入先を排気通路１２とバイパス通路１６との間で切り替えるための切替バルブ１８が配置されている。

排気通路１２におけるバイパス通路１６との合流点の下流側には、パティキュレートフィルタ（ＰＭフィルタ）２０が配置されている。ＰＭフィルタ２０は、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集し、捕集されたＰＭを高温のフィルタ内で燃焼させることにより除去することができる。ＰＭフィルタ２０には、ＰＭフィルタに流入する排気ガスと排出された排気ガスとの差圧を検出するための差圧センサ３２が配置されている。また、排気通路１２におけるＰＭフィルタ２０の更に下流側には、排気ガス中に含まれる三元成分（ＮＯｘ、ＨＣ、およびＣＯ）を浄化するためのＵ／Ｆ触媒２２が配置されている。

本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力部には、上述した差圧センサ３２の他、内燃機関１０を制御するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力部には、上述した切替バルブ１８の他、内燃機関１０を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。

［実施の形態１の動作］
（空燃比のフィードバック制御）
本実施の形態の内燃機関１０は、上述したように、空燃比が理論空燃比となるように空燃比制御を行うストイキエンジンである。本実施の形態では、排気通路１２に設けられた図示しないＡ／ＦセンサおよびサブＯ_２センサの出力信号を利用した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（ストイキ）近傍の値に制御することとしている。

より具体的には、本実施の形態のシステムでは、Ｓ／Ｃ触媒１４の上流側に配置されたＡ／Ｆセンサの出力信号に基づいて、メインフィードバック制御が実行される。そして、Ｓ／Ｃ触媒１４の下流側に配置されたサブＯ_２センサの出力信号に基づいて、サブ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、Ｓ／Ｃ触媒１４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が制御される。また、サブフィードバック制御では、Ｓ／Ｃ触媒１４を通過した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補正される。

（ＰＭフィルタによるＰＭの捕集と再生処理）
次に、ＰＭフィルタ２０によるＰＭの捕集と再生処理動作について説明する。図１に示すとおり、内燃機関１０から排気された排気ガスは排気通路１２を通ってＰＭフィルタ２０に流入される。これにより、排気ガス中に含まれるＰＭを当該ＰＭフィルタ２０において捕集することができるので、ＰＭが大気中に放出される事態を効果的に抑制することができる。

ここで、ＰＭフィルタ２０におけるＰＭの捕集能力は、ＰＭの堆積量が増すにつれて減少してしまう。また、ＰＭの堆積量が増大すると、当該ＰＭフィルタ２０の上流側の排圧が上昇するため、内燃機関１０における出力低下を引き起こすおそれがある。そこで、ＰＭフィルタ２０において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２０の捕集能力を再生するための処理（再生処理）が必要となる。より具体的には、ＰＭフィルタ２０を高温に維持しつつフィルタ内に酸素を供給することで、捕集されたＰＭを燃焼させて除去することができる。

［実施の形態１の特徴的動作］
次に、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述したとおり、ＰＭフィルタ２０の再生処理を効率よく実行するためには、ＰＭフィルタ２０内を高温かつ酸素過剰雰囲気とすることが求められる。ここで、本実施の形態におけるストイキエンジンは、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。このため、ストイキエンジンでは、リーンバーンエンジンに比して、ＰＭフィルタ２０内の温度が高い状態になり易い。その一方で、ストイキエンジンにおいては、排気ガスの空燃比が基本的に理論空燃比（ストイキ）であるため、ＰＭフィルタ２０内の雰囲気が基本的にストイキ雰囲気となってしまう。このため、リーンバーンエンジンに比して、ＰＭフィルタ２０内において再生処理を行うのに十分な量の酸素を確保し難くなってしまう。特に、本実施の形態のシステムでは、ＰＭフィルタ２０の上流にＳ／Ｃ触媒１４を備えている。このため、排気ガス中の酸素は、当該Ｓ／Ｃ触媒１４における浄化反応に使用されてしまい、再生処理に必要な酸素がより確保し難くなってしまう。また、Ｓ／Ｃ触媒１４において排気熱を奪われてしまい、ＰＭフィルタ２０を高温に維持することができないおそれがある。

そこで、本実施の形態においては、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実行する際に、Ｓ／Ｃ触媒１４をバイパスした排気ガスをＰＭフィルタ２０に流入させることとする。より具体的には、切替バルブ１８をバイパス通路１６側が開弁されるように制御することとする。これにより、ＰＭフィルタ２０に流入させる排気ガスの酸素濃度を効果的に高めることができる。

また、本実施の形態においては、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実行する際に、空燃比がリーンに制御される。これにより、排気ガスの酸素濃度を高めることができるので、ＰＭフィルタ２０における再生処理を良好に行うことができる。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図２を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図２は、ＥＣＵ３０が、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実行するルーチンのフローチャートである。

図２に示すルーチンでは、先ず、ＰＭフィルタ２０に所定値以上のＰＭが堆積しているか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、差圧センサ３２により検知された当該ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値以上となっているかが判定される。所定値は、ＰＭフィルタ２０の再生処理が必要な程度にＰＭが堆積していることを判断するための閾値として、予め設定された値が使用される。その結果、ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値に達していないと判定された場合には、再生処理を実施する必要がないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ１００において、ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値以上であると判定された場合には、再生処理を実施する必要があると判断されて、次のステップに移行し、再生処理を実施可能か否かが判定される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、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、ＰＭフィルタ２０が再生処理を実施可能な温度に達しているか否かが判断される。その結果、ＰＭフィルタ２０が未だ再生処理を可能な状態にないと判断された場合には、再生処理が可能と判断されるまで繰り返し本ステップ１０２が実行される。

一方、上記ステップ１０２においてＰＭフィルタ２０の再生処理が実施可能と判断された場合には、次のステップに移行し、切替バルブ１８の切り替え制御が実施される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、切替バルブ１８の開弁側が排気通路１２からバイパス通路１６側へ切り替えられる。これにより、内燃機関１０から排気された排気ガスは、Ｓ／Ｃ触媒１４をバイパスして、ＰＭフィルタ２０へ流入される。

次に、空燃比のリーン制御が実行される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、内燃機関１０の目標空燃比がストイキよりもリーン側に設定される。これにより、酸素濃度の高いリーンな排気ガスがＰＭフィルタ２０に流入される。次に、ＰＭフィルタ２０における再生処理が完了したか否かが判定される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、差圧センサ３２により検知された当該ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値以下となっているかが判定される。所定値は、ＰＭフィルタ２０における再生処理により、ＰＭの堆積量が所定量以下となったことを判断するための閾値として、予め設定された値が使用される。その結果、ＰＭフィルタ２０における再生処理が未だ完了していないと判断された場合には、再生処理が完了するまで繰り返し本ステップ１０８が実行される。

一方、上記ステップ１０８において、ＰＭフィルタ２０の再生処理が完了したと判断された場合には、次のステップに移行し、空燃比のストイキ制御が実行される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、内燃機関１０の目標空燃比が理論空燃比（ストイキ）に設定される。次に、切替バルブ１８の切り替え制御が実施される（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、切替バルブ１８の開弁側がバイパス通路１６側から排気通路１２へ切り替えられる。これにより、内燃機関１０から排気された排気ガスは、Ｓ／Ｃ触媒１４を通過した後にＰＭフィルタ２０へ流入される。

以上説明したとおり、本実施の形態１のシステムによれば、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実施可能と判断された場合に、Ｓ／Ｃ触媒１４をバイパスした排気ガスが当該ＰＭフィルタ２０に導入される。このため、Ｓ／Ｃ触媒１４における浄化反応で排気ガス中の酸素が使用されてＰＭフィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度が低下する事態を効果的に回避することができる。これにより、ＰＭフィルタ２０における再生処理、すなわちＰＭの燃焼処理を良好に行うことができる。また、排気ガスがＳ／Ｃ触媒１４をバイパスすることで、排気熱を効率よくＰＭフィルタ２０に伝えることができるので、ＰＭフィルタ２０における再生処理の効率を向上させることができる。

また、本実施の形態１によれば、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実施可能と判断された場合に、空燃比のリーン制御により排気ガス中の酸素濃度を高めることができるので、ＰＭフィルタ２０における再生処理、すなわちＰＭの燃焼処理を良好に行うことができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実施可能と判断された場合に、切替バルブ１８の切り替えによるＳ／Ｃ触媒１４のバイパス制御と空燃比のリーン制御との双方を実行することとしているが、Ｓ／Ｃ触媒１４のバイパス制御のみを実行することとしてもよい。すなわち、ＰＭフィルタ２０に流入する排気ガスがＳ／Ｃ触媒１４をバイパスすれば、当該Ｓ／Ｃ触媒１４を通過した場合に比して、ＰＭフィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度を高くすることができる。このため、Ｓ／Ｃ触媒１４のバイパス制御のみを実行することとしても、本発明の効果を少なくとも得ることができる。

また、上述した実施の形態１においては、ＰＭフィルタ２０に所定値以上のＰＭが堆積しているか否かを判定する際に、差圧センサ３２により検知された当該ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値以上となっているか否かに基づいて判定することとしているが、ＰＭの堆積量の判定の方法はこれに限られない。すなわち、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２０の温度、およびＰＭフィルタ２０の雰囲気の酸素濃度履歴に基づいて、ＰＭ堆積量を推定することとしてもよい。尚、ＰＭフィルタ２０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２０の酸素濃度履歴は、ＰＭフィルタ２０下流側に配置されているサブＯ_２センサの出力に基づいて取得することができる。

また、上述した実施の形態１においては、ＰＭフィルタ２０における再生処理が完了しているか否かを判定する際に、差圧センサ３２により検知された当該ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値以下となっているか否かに基づいて判定することとしているが、再生処理の完了判定の方法はこれに限られない。すなわち、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２０の温度、およびＰＭフィルタ２０の雰囲気の酸素濃度履歴に基づいて堆積量を推定し、再生処理の完了判定に使用することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、Ｓ／Ｃ触媒１４が前記第１の発明における「触媒」に相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「切替手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第２の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより、前記第２の発明における「推定手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第３の発明における「再生処理手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図３乃至図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、図３に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

図３は、本発明の実施の形態２としての内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。図３に示すとおり、吸気通路４０における吸気マニホールド近傍には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路４２の一端が接続されている。ＥＧＲ通路４２の他端は、排気通路１２における排気マニホールド近傍に接続されている。本システムでは、このＥＧＲ通路４２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路４０へ還流させること、つまり外部ＥＧＲを行うことができる。ＥＧＲ通路４２の途中には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を変化させることにより、ＥＧＲ通路４２を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を調整することができる。

図４は、図３に示すシステムにおける内燃機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、図４を参照して、内燃機関１０について更に説明する。図４に示すとおり、内燃機関１０は内部にピストン５０が配置されたシリンダブロック５２と、シリンダブロック５２に組み付けられたシリンダヘッド５４を備えている。シリンダブロック５２およびシリンダヘッド５４の内壁とピストン５０の上面とで囲まれる空間は、燃焼室５６を形成している。また、燃焼室５６には、点火プラグ５８が配置されている。

吸気通路４０へ連通する吸気ポートと燃焼室５６との接続部には、吸気ポートと燃焼室５６との連通状態を制御する吸気弁６０が設けられている。吸気弁６０には、そのバルブタイミングを可変制御する装置として、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）６２が備えられている。ＶＶＴ６２は、クランク軸６８に対するカム軸（図示せず）の位相角を変化させることで、作用角は一定のまま開閉タイミングを進角或いは遅角するバルブタイミング制御装置である。一方、排気通路１２へ連通する排気ポートと燃焼室５６との接続部には、排気ポートと燃焼室５６との連通状態を制御する排気弁６４が設けられている。排気弁６４には、そのバルブタイミングを可変制御するＶＶＴ６６が備えられている。ＶＶＴ６２，６６、および上述した点火プラグ５８は、それぞれＥＣＵ３０に接続されている。

［実施の形態２の特徴的動作］
次に、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述したとおり、ＰＭフィルタ２０の再生処理を良好に行うためには、ＰＭフィルタ２０内を高温かつ酸素過剰雰囲気とすることが求められる。ここで、外部ＥＧＲが導入されると、混合気中において比熱の大きいＣＯ_２が増加するため、燃焼時の温度低減によりＮＯｘを低減させることができる。しかしながら、一方において、ＥＧＲガスが導入されると、排気ガスの温度低下や排気ガス中の酸素濃度の低下が起きるため、ＰＭフィルタ２０の再生処理を良好に行う観点からは好ましくない。そこで、本実施の形態においては、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実行する際に、外部ＥＧＲ制御を停止することとする。これにより、ＰＭフィルタ２０に流入する排気ガスの温度低下、および酸素濃度の低下を効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態のシステムにおいては、内部ＥＧＲ制御が実行される。内部ＥＧＲは、筒内で燃焼に付された排気ガス（既燃ガス）が筒内に残存或いは再び吸い戻されることで行われる。より具体的には、排気弁６４が閉じ終わる前に吸気弁６０が開くことで吸排気弁が共に開いている期間（バルブオーバーラップ期間）には、排気ガス（既燃ガス）が筒内および吸気ポート内に吸い戻されることがある。この吸い戻された排気ガスが、その後ピストン５０の動きにより新気と共に筒内に流入することで内部ＥＧＲが実行される。内部ＥＧＲ量は、バルブオーバーラップ期間が長いほど多量となる。このため、ＶＶＴ６２によって吸気弁６０の開き時期を進角あるいは遅角させてバルブオーバーラップ期間を変化させることにより、内部ＥＧＲ量を制御することができる。

ここで、上述したとおり、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実行する場合にＥＧＲガスが多量に導入されると、排気ガスの温度低下や排気ガス中の酸素濃度の低下が起きてしまう。そこで、本実施の形態においては、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実行する際に、内部ＥＧＲの抑制制御を実行することとする。より具体的には、ＶＶＴ６２によって、吸気弁６０の開き時期を遅角させて、バルブオーバーラップ期間を小さくすることとする。これにより、ＰＭフィルタ２０に流入する排気ガスの温度低下、および酸素濃度の低下を効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態のシステムでは、点火プラグ５８による点火時期を制御するための構成を有している。そこで、本実施の形態では、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実行する際に、点火時期の遅角制御を実行することとする。これにより、排気ガスの温度を高めることができるので、ＰＭフィルタ２０における再生処理を良好に行うことができる。

［実施の形態２における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ＥＣＵ３０が、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実行するルーチンのフローチャートである。

図５に示すルーチンでは、先ず、ＰＭフィルタ２０に所定値以上のＰＭが堆積しているか否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、図２に示すルーチンにおけるステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値に達していないと判定された場合には、再生処理を実施する必要がないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ２００において、ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値以上であると判定された場合には、再生処理を実施する必要があると判断されて、次のステップに移行し、再生処理を実施可能か否かが判定される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、図２に示すルーチンにおけるステップ１０２と同様の処理が実行される。その結果、ＰＭフィルタ２０が未だ再生処理を可能な状態にないと判断された場合には、再生処理が可能と判断されるまで繰り返し本ステップ２０２が実行される。

一方、上記ステップ２０２においてＰＭフィルタ２０の再生処理が実施可能と判断された場合には、次のステップに移行し、切替バルブ１８の切り替え制御が実施される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、図２に示すルーチンにおけるステップ１０４と同様の処理が実行される。これにより、内燃機関１０から排気された排気ガスは、Ｓ／Ｃ触媒１４をバイパスして、ＰＭフィルタ２０へ流入される。

次に外部ＥＧＲ制御がオフに設定される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、ＥＧＲ通路４２に配置されたＥＧＲ弁４４の開度がゼロ（閉弁）に設定される。これにより、ＥＧＲ通路４２を介したＥＧＲガスの還流が停止される。次に、内部ＥＧＲ制御によるＥＧＲ量が抑制される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、ＶＶＴ６２により吸気弁６０の開弁時期が遅角されることにより、バルブオーバーラップ期間が小さく設定される。これにより、内部ＥＧＲ量が抑制される。次に、点火時期が遅角される（ステップ２１０）。

次に、空燃比のリーン制御が実行される（ステップ２１２）。次に、ＰＭフィルタ２０における再生処理が完了したか否かが判定される（ステップ２１４）。ここでは、具体的には、図２に示すルーチンにおけるステップ１０６および１０８と同様の処理が実行される。その結果、ＰＭフィルタ２０における再生処理が未だ完了していないと判断された場合には、再生処理が完了するまで繰り返し本ステップ２１４が実行される。

一方、上記ステップ２１４において、ＰＭフィルタ２０の再生処理が完了したと判断された場合には、次のステップに移行し、空燃比のストイキ制御が実行される（ステップ２１６）。ここでは、具体的には、図２に示すルーチンにおけるステップ１１０と同様の処理が実行される。次に、外部ＥＧＲの成行制御が実行される（ステップ２１８）。ここでは、具体的には、ＥＧＲ弁４４の開度が、運転条件に応じた適切な開度に設定されるように制御される。次に、内部ＥＧＲの成行制御が実行される（ステップ２２０）。ここでは、具体的には、運転条件に応じたバルブタイミングとなるように、ＶＶＴ６２，６６が制御される。次に、点火時期の成行制御が実行される（ステップ２２２）。ここでは、具体的には、ＥＣＵ３０が記憶している点火時期のマップに従い、現在の運転条件に応じた点火時期が特定される。次に、切替バルブ１８の切り替え制御が実施される（ステップ２２４）。ここでは、具体的には、図２に示すルーチンにおけるステップ１１２と同様の処理が実行される。

以上説明したとおり、本実施の形態２のシステムによれば、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実施可能と判断された場合に、Ｓ／Ｃ触媒１４をバイパスした排気ガスが当該ＰＭフィルタ２０に導入されるとともに、外部ＥＧＲのオフ制御、内部ＥＧＲの抑制制御、および点火時期の遅角制御が行われる。このため、排気ガスの温度を効果的に高めることができるので、ＰＭフィルタ２０における再生処理、すなわちＰＭの燃焼処理を良好に行うことができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実施可能と判断された場合に、外部ＥＧＲのオフ制御、内部ＥＧＲの抑制制御、および点火時期の遅角制御を実行することとしているが、これら全ての処理を実行する必要はなく、何れか１つの制御、あるいはこれらの制御を適当に組み合わせることとしてもよい。これにより、排気ガスの温度を高めることができるので、本発明の効果を少なくとも得ることができる。

また、上述した実施の形態２においては、ＰＭフィルタ２０の再生処理を実施可能と判断された場合に、切替バルブ１８の切り替えによるＳ／Ｃ触媒１４のバイパス制御と空燃比のリーン制御との双方を実行することとしているが、Ｓ／Ｃ触媒１４のバイパス制御のみを実行することとしてもよい。すなわち、ＰＭフィルタ２０に流入する排気ガスがＳ／Ｃ触媒１４をバイパスすれば、当該Ｓ／Ｃ触媒１４を通過した場合に比して、ＰＭフィルタ２０に流入する排気ガスの酸素濃度を高くすることができる。このため、Ｓ／Ｃ触媒１４のバイパス制御のみを実行することとしても、本発明の効果を少なくとも得ることができる。

また、上述した実施の形態２においては、ＰＭフィルタ２０に所定値以上のＰＭが堆積しているか否かを判定する際に、差圧センサ３２により検知された当該ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値以上となっているか否かに基づいて判定することとしているが、ＰＭの堆積量の判定の方法はこれに限られない。すなわち、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２０の温度、およびＰＭフィルタ２０の雰囲気の酸素濃度履歴に基づいて、ＰＭ堆積量を推定することとしてもよい。尚、ＰＭフィルタ２０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２０の酸素濃度履歴は、ＰＭフィルタ２０下流側に配置されているサブＯ_２センサの出力に基づいて取得することができる。

また、上述した実施の形態２においては、ＰＭフィルタ２０における再生処理が完了しているか否かを判定する際に、差圧センサ３２により検知された当該ＰＭフィルタ２０の前後の差圧が所定値以下となっているか否かに基づいて判定することとしているが、再生処理の完了判定の方法はこれに限られない。すなわち、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２０の温度、およびＰＭフィルタ２０の雰囲気の酸素濃度履歴に基づいて堆積量を推定し、再生処理の完了判定に使用することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、内部ＥＧＲ量を抑制するために、ＶＶＴ６２によりバルブオーバーラップ期間を小さくすることとしているが、バルブオーバーラップ期間を小さくする方法はこれに限られない。すなわち、排気側のＶＶＴ６６により、排気弁６４のバルブタイミングをあわせて変化させることとしてもよいし、また、バルブのリフト量あるいは作用角を可変可能な可変動弁機構を有する内燃機関において、バルブリフト量或いは作用角を可変させてバルブオーバーラップ期間を小さくすることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、Ｓ／Ｃ触媒１４が前記第１の発明における「触媒」に相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「切替手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２１２の処理を実行することにより、前記第２の発明における「空燃比制御手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第３の発明における「推定手段」が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第３の発明における「再生処理手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第４の発明における「外部ＥＧＲ量制御手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＶＶＴ６２，６６が、前記第５の発明における「可変動弁機構」に相当しているとともに、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第５の発明における「内部ＥＧＲ量制御手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第６の発明における「点火時期制御手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１のシステムの概略構成を説明するための図である。 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。 本発明の実施の形態２のシステムの概略構成を説明するための図である。 図３に示すシステムにおける内燃機関の一つの気筒の断面を示す図である。 本発明の実施の形態２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

１０ 内燃機関（ストイキエンジン）
１２ 排気通路
１４ Ｓ／Ｃ触媒
１６ バイパス通路
１８ 切替バルブ
２０ ＰＭフィルタ
２２ Ｕ／Ｆ触媒
３０ ECU(Electronic Control Unit)
３２ 差圧センサ
４０ 吸気通路
４２ ＥＧＲ通路
４４ ＥＧＲ弁
５０ ピストン
５２ シリンダブロック
５４ シリンダヘッド
５６ 燃焼室
５８ 点火プラグ
６０ 吸気弁
６４ 排気弁
６８ クランク軸

Claims (6)

1. 理論空燃比を基本空燃比として燃焼を行う火花点火式の内燃機関と、
   前記内燃機関の排気通路に配置され、排気ガス中の未浄化成分を浄化する触媒と、
   前記排気通路における前記触媒の上流側から分岐し、前記触媒より下流の下流側接続部において、再び前記排気通路に合流するバイパス通路と、
   前記排気通路における前記下流側接続部の下流側に配置され、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と、
   排気ガスの流入先を前記排気通路と前記バイパス通路との間で切り替える切替手段と、
   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る再生処理を実行する再生処理手段と、を備え、
   前記切替手段は、前記再生処理の実行要求が出された場合に、排気ガスの流入先が前記バイパス通路となるように制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御手段を更に備え、前記再生処理の実行要求が出された場合に、前記内燃機関の空燃比をリーンに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。
3. 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堆積量を推定する推定手段を更に備え、
   前記再生処理手段は、前記堆積量が所定量に達したと判断された場合に、前記再生処理を実行することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路を通って還流する外部ＥＧＲ量を制御する外部ＥＧＲ量制御手段と、を更に備え、
   前記外部ＥＧＲ量制御手段は、前記再生処理の実行要求が出された場合に、前記外部ＥＧＲ量が略ゼロとなるように制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関におけるバルブの開弁特性を可変に設定するための可変動弁機構と、
   前記可変動弁機構を可変させることにより、内部ＥＧＲ量を制御する内部ＥＧＲ量制御手段と、を更に備え、
   前記内部ＥＧＲ量制御手段は、前記再生処理の実行要求が出された場合に、前記内部ＥＧＲ量が小さくなるように制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段を更に備え、前記再生処理の実行要求が出された場合に、前記点火時期が遅角されるように制御することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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